Совмещение классических тепловых электростанций с элементами солнечной энергетики

В данной статье рассмотрен вариант применения энергии Солнца для уменьшения расхода топлива на ТЭС.

Ключевые слова: солнечная энергетика, альтернативная энергетика, ТЭС.

В современном мире люди всё больше задумываются о переходе от традиционных способов добычи электроэнергии, таких как ТЭС, АЭС, ГЭС, к альтернативным или экологически чистым, таким как солнечная и ветровая энергетика, биотопливо и т. д. Хотя не все альтернативные источники можно считать полностью безвредными для экологии. Материалы, применяемые при изготовлении солнечных панелей, сложно утилизировать, и чаще всего их просто выбрасывают; при эксплуатации солнечных электростанций затеняются большие участки земли, создаётся повышение температуры над солнечными панелями. Ветряные электростанции создают шумовое загрязнение и наносят урон птицам. В целом почти все источники альтернативной энергетики имеют свои экологические недостатки. Однако главным недостатком остаётся непостоянство работы источников энергии, и как следствие, их низкая надёжность. Возможно, в скором времени развитие технологий позволит избавиться от этого недостатка, но пока он играет решающую роль против повсеместного применения альтернативных источников энергии.

Временным решением данной проблемы может стать совмещение классических источников энергии с альтернативными. Наиболее подходящими для этой роли являются объекты солнечной энергетики, так как световой день поддаётся прогнозу в большей степени, чем остальные природные явления. [1] Далее рассмотрим варианты подобного совмещения:

1) Установка солнечных панелей совместно с классическими ТЭС

Такой вариант оставляет без изменения схемы работы обоих источников. Энергия от солнечных панелей используется для покрытия пиковых электрических нагрузок.

Преимущества: высокая надёжность, сокращения расхода топлива ТЭС в пиковой и полупиковой зоне графика электрических нагрузок

Недостатки: необходимо наличие резерва мощности ТЭС для покрытия пиковых нагрузок в случае понижения уровня инсоляции, не совпадение пика инсоляции и пика электрической нагрузки

2) Применение солнечных концентраторов для нагрева рабочего тела ТЭС с паровыми турбинами

В данном варианте применяются параболические солнечные концентраторы. В циклах ТЭС с паровыми турбинами применить энергию солнца можно либо для нагрева основного конденсата вместо системы регенерации турбины (Рис. 1), либо для испарения воды и перегрева пара вместо котельного агрегата. [2]

Рис. 1. Схема ТЭС с нагревом конденсата от солнечной энергии

Достоинства у обоих способов следующие: сокращение общего расхода топлива

Недостатки: для обеспечения бесперебойной работы станции в случае замены котла на солнечную парогенерацию необходимо устанавливать котлы на ночную работу; в случае подогрева основного конденсата снижается КПД турбины и появляется потребность в установке классической системы регенерации параллельно солнечным теплообменникам, в противном случае ночные расходы топлива кратно возрастут

3) Применение солнечных концентраторов для нагрева рабочего тела ТЭС с газовыми турбинами

В данном варианте энергию солнца при помощи концентраторов можно направить на нагрев воздуха после компрессора либо для непосредственного нагрева до рабочих параметров, либо для подогрева воздуха перед камерой сгорания. [2]

Достоинства: сокращение расхода топлива, высокая надёжность топлива, нет необходимости глобально изменять схему работы

Недостатки: высокая удельная площадь необходимого теплообменника воздух-солнце, что объясняется низкой теплопроводностью воздуха.

4) Применение тепловых аккумуляторов на ТЭС

В данном случае солнечная энергия применяется для нагрева рабочего тела ТЭС не на прямую, а через промежуточный теплоноситель (в большинстве случаев им выступает расплав солей металлов либо пароводяная смесь). Это позволяет продлить работу станции на солнечной энергии без применения традиционного топлива. (Рис. 2)

Недостатки: низкая надёжность при работе без использования топлива, необходимость установки специальных теплообменников для аккумулирующей среды.

Рис. 2. Схема ТЭС с применением паро-водяного аккумулятора

Во всех перечисленных вариантах главным достоинством является сокращение расхода топлива. Кроме непосредственно самой экономии, также уменьшаются выбросы вредных веществ в атмосферу от продуктов сгорания топлива. Также минимизация расхода позволит сохранить больше невозобновляемых видов топлива для применения их там, где других вариантов нет.

Литература:

1. Сабади П. Р. — Солнечный дом/ Пер. с англ. Н. Б. Гладковой. — М.: Стройиздат, 1981–113 с.
2. Р. Б. Ахмедов, И. В. Баум, В. А. Пожарнов — Солнечные электрические станции. Сер. «Гелиоэнергетика» (Итоги наука и техники ВИНИТИ). М., 1986–120 с.