Грядущее изменение климата из-за воздействия на окружающую среду подталкивает человечество к поиску новых источников энергии. Ко всему прочему, запасы ископаемых видов топлива, рано или поздно закончатся. Учёные много лет бьются над проблемой управляемого термоядерного синтеза, пытаясь получить новый источник энергии.
Однако, зачем изобретать велосипед? Ведь у нас уже есть практически неисчерпаемый и бесплатный термоядерный источник энергии. Он за одну секунду выдаёт количество энергии, равное 386 000 000 000 МВт. Этот источник — Солнце и учёные уже знают, как использовать его энергию.
Электростанция в пустыне Мохаве
Площадь этой солнечно-термодинамической электростанции Айвонпа составляет 14,42 км². На момент запуска, в 2014 году она считалась одной из самых мощных на нашей планете. Вырабатываемая электрическая мощность составляет от 377 до 392 МВт.
Станция состоит из трёх башен,высотой 140 м, окружённых системой из 173500 зеркал. Причём каждое зеркало, площадью 7 м² имеет свой привод и может направлять лучи Солнца на бойлерную башню.
Разумеется, что для такой электростанции требуется достаточно свободного места и много солнечных дней в году. Оптимальным местом оказалась пустыня Мохаве, расположенная на границах штатов США — Невада и Калифорния.
На электростанции нет солнечных панелей. Здесь используется другой принцип преобразования тепловой энергии в электрическую.
В качестве рабочего тела в каждой башне применяется расплавленная соль. Этот расплав отдаёт накопленное тепло второму контуру, где вода превращается в пар.
Полученный пар, разогретый до температуры в 500 °C поступает в турбину, которая вращает генератор
Вода, которая получается после охлаждения пара, поступает снова в систему. После нескольких циклов, отработанная вода, в итоге поступает в систему очистки зеркал. Благодаря такой технологии удалось снизить использование воды до 90%.
Электростанция в Сахаре
Первое, что приходит на ум, когда произносится слово «пустыня», это, конечно же, Сахара. Одна из самых больших пустынь, да к тому же ещё и малонаселённая местность, сравнительно близко расположенная относительно экватора, она постоянно привлекает учёных и инженеров.
Думаете, что только сейчас, при современном уровне развития технологий и науки, стало возможным создание установок, использующих энергию Солнца? Это не совсем так, ведь проект по созданию ирригационной установки в Сахаре, был предложен ещё в 1914 году американским инженером Франком Шуманом.
Более того, инженеру удалось построить такую установку около Каира. Однако, Первая мировая война разрушила все планы. Установка была демонтирована, а металл использовали для производства оружия.
К идеям Шумана вернулись в 2009 году, когда был разработан проект по превращению пустыни к 2050 году в большую электростанцию, занимающую 125 000 км2. О размахе этого проекта говорит сумма в 400 миллиардов долларов США.
Солнечная электростанция в пустыне Мохаве, как раз и была уменьшенной копией данного проекта. При этом предполагалось, что из-за экранирования солнечной радиации зеркалами, поверхность пустыни могла бы охлаждаться. Это, в свою очередь, способствовало озеленению пустыни.
Однако проект так и не был претворён в жизнь из-за возросшей нестабильности в регионе. Гражданские войны и различного рода беспорядки возникающие между десятком стран, поставили крест на проекте.
Действующие солнечные электростанции
Однако, вернёмся к электростанциям, использующим солнечные панели. На сегодняшний день такие электростанции являются одним из самых быстроразвивающихся направлений в «зелёной» энергетике. Лидерами в мире стали КНР, Индия, США, а также страны Ближнего Востока.
На сегодня крупнейшей в мире является солнечная электростанция Тэнгэр, расположенная в одноимённой пустыне КНР. Вернее будет её называть — солнечный парк. Сами китайцы называют её «Великая солнечная стена».
Мощность электроэнергии, которая вырабатывается этой электростанцией, составляет 1,5 ГВт, а площадь станции занимает 43 км2, что составляет 3,25% от площади всей пустыни.
Второе место по площади и выработке электроэнергии занимает индийский солнечный парк Бхадла. Он расположен в пустыне Тар на севере страны.
Площадь, которую занимает СЭС составляет 40 км2, а выработка электроэнергии достигает 1,4 ГВт. Это меньше, чем в Китае, но в планах у индийцев довести выработку электроэнергии до рекордных 2,2 МВт.
На третьем месте по выработке электроэнергии разместилась китайская СЭС Лунъянся. Она расположена на Тибетском нагорье. Особенностью этой электростанции является то, что она размещена рядом с ГЭС, что позволяет электростанциям дополнять друг друга. Мощность этой гибридной электростанции составляет 1,3 ГВт.
Космическая электростанция
В космическом пространстве нет облаков, а также смены времён года или времени суток. Значит, если там разместить солнечные панели, то они будут работать с наибольшей эффективностью.
Для обеспечения потребностей всей Земли в электроэнергии потребуется установка, имеющая площадь 6000 км2. Для сравнения на такой площади можно разместить четыре Санкт-Петербурга. Для Земли это большая площадь, но для космоса, это просто «капля в море».
Существующие технологии вполне позволяют уже сейчас вывести на орбиту такую электростанцию. Однако, остро встаёт другой вопрос — как передать электроэнергию на Землю?
Учёные из КНР уже построили на базе Сидянского университета, расположенного в городе Сиань, экспериментальную установку, предназначенную для испытания способов передачи электроэнергии.
Установка представляет собой металлическую конструкцию, высотой 75 метров. На верхней части конструкции установлены солнечные панели, а передача электроэнергии на землю производится при помощи микроволнового излучения.
Другой метод разработали российские специалисты из Роскосмоса. Они предполагают передавать выработанную энергию при помощи лазерного луча.
Сама электростанция будет состоять из двух компонентов. Первый компонент — солнечная электростанция, имеющая площадь в 70 м2. Она будет находиться на орбите, и предназначена для выработки электроэнергии, её накопления и передачи на Землю или на другие космические аппараты.
На поверхности нашей планеты предполагается размещения второго компонента — мобильной приёмной антенны. Полученная по лазерному лучу энергия будет преобразована в электроэнергию. Затем она поступит в аккумуляторы и далее, будет передана потребителям.
Предполагается размещение станций на гелиосинхронных орбитах, позволяющих достигать одинакового угла освещения станции при всём её движении. Передача энергии по лазерному лучу будет занимать наносекунды. Также сам лазерный луч позволяет делать это очень точно при помощи специального программного комплекса.
Заключение
На протяжении всего своего существования человечеству успешно удавалось решать различные проблемы, представляющие опасность для его выживания как вида. Освоение космического пространства является ещё одним вызовом, который, не сомневаюсь, будет успешно решён. Получение энергии от надёжного и неисчерпаемого источника энергии — Солнца позволит решить проблему энергетического голода и освоения других планет.
