За последние годы сформировалось устойчивое мнение, будто все прорывные инновационные разработки в области «чистой» энергии инициированы западными специалистами в рамках так называемой климатической стратегии. И поскольку Россия явно не числится в лидерах этой стратегии, мало кому приходится в голову, что в нашей стране когда-то могли зарождаться проекты, с которыми защитники климата связывают теперь «энергетику будущего».
Тем не менее, в послевоенном СССР ученые достаточно серьезно работали над различными вариантами использования «чистой» энергии, где энергии Солнца уделялось особое место. Новаторские предложения на этот счет вполне можно назвать «футуристическими», учитывая, что даже в наши дни они воспринимаются как нечто из области фантастики. И что самое главное: об этой «фантастике» наши ученые заговорили задолго до того, как ее попытались воплотить в жизнь на Западе. Мы уже неоднократно обращали внимание на то, что всё новое является хорошо забытым старым. И когда в западной прессе с шумом описывают какой-нибудь «прорывной» инновационный проект, всегда может оказаться так, что кое-что подобное наши ученые проектировали полувеком ранее, когда еще никто не переживал о климате и не думал ни о каком «зеленом» энергопереходе.
Именно так произошло с проектом башенной солнечной электростанции, в которой с помощью концентрированных солнечных лучей нагревается вода до состояния перегретого пара, а этот пар приводит в движение парогенератор. Солнечные лучи концентрируются и направляются на мишень с помощью гелиостатов, установленных на специальных подвижных платформах. Мишень, принимающая концентрированный поток отраженных солнечных лучей, находится на вершине башни. При этом происходит не только нагрев воды, но также осуществляется аккумуляция тепла.
Данная схема использования солнечной энергии не так давно получила «громкое» воплощение в проекте американской башенной СЭС Crescent Dunes, расположенной в штате Невада. Об этом проекте много и с пафосом писали еще лет шесть-семь назад. Борцы за «чистую» энергию связывали с ним большие надежды и видели в нем торжество американской творческой мысли. Строительство Crescent Dunes началось в 2011 году, а уже в 2015 она была запущена в эксплуатацию (о чем мы в свое время подробно писали). Действительно, объект был во многом «футуристическим» и внушительным по размаху. Весь комплекс состоял из 10 тысяч радиально расположенных зеркал, направлявших концентрированные солнечные лучи на вершину находящейся в центре 210-метровой башни. Башня вмещала 11 тысяч тонн сверхнасыщенного солевого раствора, выполняющего функцию огромного теплового аккумулятора. Соль нагревалась до 500 градусов Цельсия, отдавая тепло воде. Вода превращалась в пар, который, в свою очередь, приводил в движение парогенератор. Проектная мощность предполагалась на уровне 110 МВт, чего вполне хватало для обеспечения электричеством 75 тысяч индивидуальных домов.
Тепловой аккумулятор был здесь главной «изюминкой», поскольку позволял вырабатывать электроэнергию даже в ночное время, в чем было явное преимущество перед фотоэлектрическими панелями. В этом смысле Crescent Dunes был призван наглядно и убедительно продемонстрировать всему миру возможность использования «чистого» источника энергии без его главного изъяна – прерывистости работы (из-за чего ВИЭ сильно проигрывают электростанциям на ископаемом топливе, а равно и «мирному атому»). Сторонники «зеленого» энергоперехода уже предвкушали революционный прорыв в своем движении к безуглеродному будущему. Однако они поторопились. Инновационную СЭС стали преследовать неудачи буквально на следующий год после запуска. Станция проработала с перерывами примерно три года. В апреле 2019 года она была полностью остановлена. Основные причины: инженерные просчеты и конструктивные дефекты, допущенные строителями. К тому же, стоимость такой электроэнергии оказалась чуть ли не в три раза выше, что для газовой генерации. Мало того, у сетевой компании, заключившей контракт на покупку электричества, было много нареканий по поводу надежности поставок. Короче говоря, вдохновляющая инновация не удалась.
И все же нельзя не восхититься смелостью замысла. Да, на первых порах неудачи бывают у любой технологии, и вряд ли стоит отказываться от самой идеи подобного использования солнечной энергии. Идея в самом деле смелая и новаторская, и при этом нельзя говорить, будто она родилась в головах нынешних американских инженеров, одержимых темой «зеленого» энергоперехода.
Проект солнечной электростанции башенного типа обсуждали советские ученые еще в самом начале 1950-х годов. Большую роль здесь сыграл знаменитый академик Глеб Кржижановский, который в 1920-е годы по поручению Ленина возглавлял комиссию ГОЭЛРО. Позже он руководил Энергетическим институтом Академии Наук СССР. Именно здесь высказывались смелые идеи и разрабатывались новаторские проекты в области энергетики. Один из них – проект СЭС башенного типа.
Об этом проекте рассказывал сам Кржижановский в своих научных статьях 1950-х годов. В 1957 году он писал, что в Энергетическом институте работы ведутся по самым разным направлениям, и большой интерес представляет работа гелиолаборатории, возглавляемой профессором В. А. Баумом. Ее сотрудники уже тогда предлагали весьма оригинальные идеи в плане использования солнечной энергии. На основе одной из таких идей зародился проект первой солнечной электростанции, которую намеревались построить в Араратской долине.
Эта электростанция, отмечал академик, будет представлять собой круглую площадку диаметром около километра. В ее центре установят 40-метровую башню с вращающимся котлом. Вокруг башни надлежало проложить 23 кольца рельсовых путей, по которым на тележках будут автоматически передвигаться и автоматически согласовывать свое положение относительно движения солнца 1300 зеркал-отражателей. С помощью отраженных лучей должен был нагреваться находящийся в башне котел с водой. Таким путем планировалось производить до 11 тонн пара в час. Пар, в свою очередь, станет приводить в движение турбину мощностью 1 200 КВт. И, наконец, проект предполагал наличие той же «изюминки», что и на американской СЭС Crescent Dunes - аккумуляцию тепла для обеспечения бесперебойной работы станции. Правда, в проекте Араратской солнечной электростанции тепловые аккумуляторы размещались под землей. Эту роль играли резервуары с нагретой водой.
По замыслу авторов, электричество, вырабатываемое на Араратской СЭС, будет использоваться для осушения трех тысяч га плодородных земель Араратской долины, а также для работы оросительных систем и бытовых нужд сельских тружеников. Указанное место было выбрано далеко не случайно: в Араратской долине солнце светит в году 2600 часов. Это больше, чем даже в Ашхабаде и Ташкенте. По словам ученого, Араратская СЭС станет первым шагом на пути развития солнечной энергетики. А дальнейшие научные изыскания откроют новые пути на данном направлении. Помимо этого, академик Кржижановский с оптимизмом смотрел и на развитие ветроэнергетики, высказывая надежды на то, что недалеком будущем она займет достойное место на просторах нашей страны. В общем, советские ученые работали над «зелеными» технологиями задолго до того, как в мире начали борьбу с глобальным потеплением.
Что касается практического воплощения этих смелых новаторских идей и проектов, то до развала СССР кое-что удалось воплотит в жизнь. В 1986 году СЭС башенного типа была построена в Крыму. Научное обеспечение данного проекта, как нетрудно догадаться, осуществлял Энергетический научно-исследовательский институт имени Г. М. Кржижановского. Этот проект оказался даже масштабнее того, что предлагалось для Араратской долины. Так, высота башни выросла до 70 метров. Количество зеркал-отражателей доходило до 1 600 штук, мощность станции составляла 5 МВт. Станции удалось выйти на проектную мощность, однако в ходе испытаний было выявлено, что по климатическим условиям Крым все-таки не был оптимальным местом для подобных объектов. После развала СССР станцию вполне ожидаемо демонтировали.
Кроме того, еще в начале 1990-х годов сотрудники упомянутого Института разрабатывали другой новаторский проект, где предусматривался двоякий способ использования солнечной энергии – термодинамический и фотоэлектрический. Термодинамическая часть станции, где применялись параболоидные концентраторы, оснащалась Стирлинг-генераторами (работающими за счет использования внешних источников тепла). Весьма оригинально была выполнена фотоэлектрическая часть: фотоэлектрические элементы монтировались в параболоцилиндрические солнечные концентраторы, охлаждаемые водой. Нагретая вода использовалась затем в контуре теплоснабжения. То есть одновременно вырабатывалось и тепло, и электричество – как это происходит в ТЭЦ.
Проект разрабатывался для Северного Кавказа, а его реализация намечалась на 1996 год. Однако в силу известных событий ему не суждено было воплотиться. О «зеленой» революции и энергетическом переходе тогда еще так громко, как сейчас, не заявляли, и потому весьма показателен уже сам факт, что наши ученые так творчески развивали «безуглеродную» тематику вне всякой климатической повестки. И как оказалось, в постперестроечные годы глобальное значение их трудов уже мало кто осознавал в руководстве страны. Не будь этой вынужденной паузы, российские специалисты могли бы сейчас реализовывать «зеленые» проекты в разных частях планеты (как это происходит с «мирным атомом»). Будет ли наверстано упущенное, сказать не беремся. Остается только надеяться, что интеллектуальный потенциал нами не утрачен.
Николай Нестеров
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии