В настоящий момент солнечные электростанции получили широкое распространение по всему миру. Например, в пустынях южной Испании, вблизи от Гранады, солнечные лучи отражаются от изогнутых зеркал, расположенных на площади, равной 70-ти футбольным полям. Эти зеркала всегда ориентированы на Солнце и отражают его лучи на трубки, заполненные синтетическим маслом, которое нагревается до 400 °C. Это нагретое масло используют для генерации пара и вращения турбин, а также для аккумуляции тепла путем нагревания и расплавления соли.
С помощью обычной поваренной соли современные солнечные тепловые технологии научились решать главную проблему солнечной энергетики — каким образом аккумулировать тепловую энергию солнца для использования в ночное время или в дождливые дни. Соль является простым химическим соединением, соединением натрия и азотнокислого калия, и ее удачным применением отмечен существенный прогресс старой проверенной технологии производства солнечной тепловой энергии, которая традиционно использовало зеркала, для нагрева воды или масла.
Теперь инженеры могут использовать расплавленную соль для аккумулирования тепла Солнца и дальнейшего его высвобождения по потребности. Это означает, что солнечная тепловая энергия может использоваться, чтобы круглосуточно производить электричество. Первый блок испанской электростанции около Гранады — Andasol 1 — начал работать в прошлом ноябре, и теперь он производит 50 МВт электричества, чего достаточно для круглогодичного обеспечения 50–60 тыс. домов.
В конце этого лета в строй будет введен блок Andasol 2, а третий блок Andasol 3 находится пока в стадии строительства. В 2011 году, когда будет закончен весь комплекс Andasol, он будет производить достаточно электричества, чтобы обеспечивать 150 тыс. домашних хозяйств — примерно это 600 тыс. человек. Перед лицом надвигающегося изменения климата сокращение сжигания каменного угля и природного газа просто необходимо.
В связи с этим, постройка солнечных тепловых электростанций промышленного масштаба в пустынях и засушливых областях становится более и более многообещающей альтернативой. В США проекты солнечной тепловой энергетики строятся рядом с такими центрами как Лас-Вегас, Лос-Анджелес и Финикс. Первая городская солнечная тепловая электростанция Nevada Solar One в 2007 году обеспечила 64 МВт электроэнергии Лас-Вегас, хотя в ней нет новейшей солевой технологии.
В настоящее время проекты в области солнечной энергетики разрабатываются по всему миру, например, в Северной Африке, Испании и Австралии. В гелиоэнергетической установке башенного типа мощностью 11 МВт возле Севильи, Испания, солнечный свет отражается от 624 подвижных зеркал и нагревает трубы с водой в 40-этажной башне, создавая пар, приводящий во вращение турбину. Недавние исследования потенциала солнечной тепловой энергетики просто ошеломляют.
Немецкие ученые из Германского центра авиации и космонавтики (Deutsches Zentrum fu .. r Luftund Raumfahrt e.V.), расположенного в Кёльне (Германия), оценили, что 16 тыс. км2 солнечных тепловых электростанций в Северной Африке, соединенные с Европой новыми высоковольтными линиями электропередачи, могут вырабатывать достаточно электричества для обеспечения всей Европы.
Ученые оценили, что строительство солнечных тепловых электростанций на 1 % площади всех пустынь (область, примерно равная размеру Австрии), может удовлетворить вообще все общемировые потребности в энергии. Конечно, солнечный тепловой бум случался и раньше, например, в конце 1970-х — начале 1980-х. Тогда его продвижение было остановлено обрушением цен на ископаемое топливо, а также нехваткой правительственных субсидий.
Сегодня некоторые критики этих технологии обвиняют ее в том, что она занимает слишком много места. Солнечная тепловая энергетика сильно зависит от экономических факторов. Днем Солнце одаривает Землю энергией мощностью 6 кВт⋅ч на квадратный метр, и тепловые солнечные электростанции являются самым дешевым способом сбора этой энергии. По данным американской национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, фотоэлектрическая энергетика — полупроводниковые панели, преобразовывающие солнечный свет в электричество, поставляют энергию по цене в 40 центов за кВт⋅ч, в то время как обычные солнечные тепловые электростанции имеют цену в 13 центов за кВт⋅ч.
Это чуть дороже средней американской цены за энергию, произведенную сжиганием топливом (в 2008 году она стоила 11 центов за кВт/ч). Передовая технология аккумуляции произведенного Солнцем тепла при помощи расплава солей значительно дороже, однако, эксперты ожидают, что цена упадет как только технология улучшится и начнется серийный выпуск. По данным американской Энергетической информационной администрации (EIA), в 2007 году было выработано около 612 тыс. МВт⋅ч солнечного электричества, а тепловые коллекторы заняли площадь около пяти квадратных километров, что в два раза больше площадей 1998 года.
К 2012 году в США по солнечной тепловой энергии планируется достичь показателя в 3100 МВт⋅ч, а общемировая выработка, как ожидается, достигнет 6400 МВт⋅ч, что примерно в 14 раз больше текущего производства. На сегодняшний день электричество, полученное от Солнца, составляет всего 1 % от энергии, полученной из возобновляемых источников, а все возобновляемые источники энергии обеспечивают 7 % потребностей США в энергоснабжении.
Традиционно, солнечные тепловые электростанции строятся двумя методами — используя параболоцилиндрические концентраторы, чтобы сосредоточить высокую температуру солнца на трубах с водой или маслом, или с использованием зеркал, чтобы сосредоточить солнечное излучение на центральной точке, например, заполненной жидкостью солнечной башне. В 1984 году в пустыне Мохаве (Калифорния, США) на электростанции Solar Energy Generating Systems (SEGS) огромные скопления кривых зеркал концентрировали лучи Солнца на ровных рядах труб, заполненных синтетическим маслом.
Электростанция SEGS был частью краткого бума альтернативных энергетических проектов, когда энтузиазм по поводу новой технологии возрос в связи с первым энергетическим кризисом. Однако, правительство тогдашнего американского президента Рональда Рейгана постепенно сократило финансирование научных исследований по этой теме, также как и налоговые льготы, которые питали подобные проекты.
Из-за низких цен на ископаемое топливо в конце 1980-х — начале 1990-х годов солнечная тепловая энергия стала неконкурентоспособной — хотя с 1986 до 2000 годы она и росла на 4 % в год. Учитывая продолжительный срок работы электростанции, американские разработчики теперь просто копируют SEGS с его параболоцилиндрическими концентраторами. В одних только США к 2011 году будут закончены почти 1800 МВт таких электростанций, главным образом в пустыне на юго-западе.
Например, в следующем году компания Ausra использует компактные линейные зеркала Френеля для нагрева воды на солнечной тепловой электростанции Carrizo Plains (177 МВт) в центральной Калифорнии. В прошлом октябре эта компания открыла опытную электростанцию на 5 МВт около Бейкерсфилда, Калифорния. Распространение этой технологии не ограничено юго-западной частью США — компания Florida Power & Light строят солнечную тепловую электростанцию параболоцилиндрического типа, рассчитанную на 75 МВт, к северу от Майами.
Причем частые местные ураганы не являются проблемой — руководитель исследовательских работ компании Ausra отмечает, что их зеркала рассчитаны на ветер со скоростью около 150 км/ч. Самая многообещающая технология — использование расплава соли, т.к. она удаляет один из самых главных недостатков этого поколения солнечной энергетики — зависимость от Солнца. Электростанция Andasol использует около 28 тыс. тонн расплава соли для аккумуляции тепла Солнца с последующим использованием ночью или в дождливый день.
Соль хранится в огромных чанах, способная по команде впитывать дополнительное тепло или нагревать масло. «Каждый день турбина работает очень долго, ведь у нас есть возможность использовать запасы и также планировать производство электричества», — рассказывает Свен Мурманн (Sven Moormann), представитель Solar Millennium, немецкой компании строящей электростанцию Andasol. Компании Abengoa Solar и Arizona Public Services недавно начали использовать технологию литой соли в США.
Это произошло на электростанции Solana, расположенной в 100 км к юго-западу от города Финикс (США), на площади почти в 500 га. По завершению строительства эта электростанция должна производить достаточно электричества для питания 70 тыс. домов. «Главное в использовании расплава солей — то, что вы можете получить больше энергии», — рассказывает Барбара Локвуд (Barbara Lockwood), руководитель отдела возобновляемых источников энергии компании Arizona Public Services.
Расплав солей можно использовать не только для накопления тепла. Он также может непосредственно использоваться как теплоноситель башенных солнечных тепловых электростанций, который работают с намного более высокой температурой. Электростанции, работающие с расплавом в качестве теплоносителя, имеют рабочую температуру более 500 °C, что близко к температурам угольных электростанций. Ночью, когда температуры понижаются, охлажденный расплав, который уже передал свою энергию пару, опускается вниз башни, где хранится в резервуарах, готовый к дневному нагреву.
Кроме того, часто строятся более дешевые солнечные башни без расплава солей — например, гелиоэнергетическая установка башенного типа на 11 МВт, в которой теплоносителем является вода, непосредственно превращающаяся в пар возле Севильи, Испания. Американская компания Southern California Edison заключила контракт на строительство подобной установки мощностью 1300 МВт.
Промышленный масштаб некоторых солнечных тепловых проектов вызвали протесты из-за большой занимаемой площади. Сторонники солнечной тепловой энергии утверждают, что преимущества этой экологически чистой технологии легко перевешивают любое местное воздействие. «Мы не решим проблему изменения климата, не разместив крупномасштабные солнечные установки на юго-западе США, — рассказывает представитель компании SolarReserve. — Эти установки окажут довольно большое положительное воздействие на экологию».
Кроме того, есть другой способ использовать эту технологию — снизить выбросы существующих электростанций на ископаемом топливе. Количество природного газа, нефти, или угля, который должно быть сожжено, может быть уменьшено использованием зеркал солнечной тепловой энергетики для предварительного подогрева пара. Например, установка компании Ausra повысила эффективность угольной электростанции в Австралии, обеспечив 2000 МВт электростанции 9 МВт пара.
Компания также надеется сработаться с некоторыми калифорнийскими поставщиками нефти, которые в настоящее время вводят пар, произведенный при горении природного газа, в старые нефтяные бассейны, чтобы выкачать больше нефти. Ее руководители утверждает, что они могут произвести этот пар без выброса парниковых газов, используя солнечную тепловую технологию.
Консорциум Electric Power Research Institute изучает потенциал новой технологии, чтобы уменьшить потребление ископаемого топлива на электростанциях Аризоны, Нью-Мехико, Невады, и Северной Каролины. «Люди должны смотреть на солнечную энергетику как на ограничитель цен на ископаемое топливо. Сегодня мы просто можем начать развертывать новый тип электростанций. Обычно мы жжем уголь и природный газ — теперь мы можем использовать Солнце, чтобы сделать пар», — говорят американские специалисты по солнечной энергетике.
