Геліотермальні вежові електростанції. Успіх чи провал?

            В лютому 2014 р. в США посеред пустелі Мохаве було відкрито найбільшу на цей час геліотермальну електростанцію в світі, яка здатна виробляти 392 МВт енергії (для порівняння, потужність Калуської ТЕЦ - 200 МВт, а Дніпрогесу - 1500 МВт). Цього достатньо, щоб безперебійно забезпечувати електрикою в середньому за рік 140 000 домогосподарств. Навіть вночі.

        Ivanpah Solar Power Facility, що розташована за 3 години їзди на схід від Лос-Анджелесу, - лише один з етапів потужної програми змін енергетики Каліфорнії. Влада штату вирішила, що вже за 5 років 33 % всієї енергії в регіоні буде отримуватись завдяки сонцю та вітру - найчистішим щодо екології джерелам енергії. Будівництво Айванпа коштувало $ 2,2 млрд і тривало більше трьох років.

             Особливість подібних СЕС в тому, що вони використовують не фотоелектричні сонячні панелі, до яких ми звикли, а звичайні дзеркала. Кожне дзеркало розміром з гаражні ворота, і всього таких дзеркал на Айванпа 173500. Станом на 2014-15 роки тільки найбільших (> 100 МВт) станцій такого типу нараховується понад десяток, переважна більшість з яких працюють в США. Але на більшості з таких СЕС використовуються конструкції з параболоциліндричними дзеркалами, і тільки в двох американських СЕС - плоскі дзеркала і вежі: Ivanpah та Crescent Dunes в тій же Неваді.

           Завдяки централізованому комп’ютерному управлінню дзеркала спрямовують сонячне світло на кожну з трьох веж, що розташовані посередині станції, і таким чином вловлюється кожен сонячний промінь протягом світлового дня. На вершинах веж знаходяться котли з водою, яка нагрівається тепловою енергією, сконцентрованою дзеркалами, і виробляє електрику. Чим вища вежа, тим більше дзеркал можна розмістити навколо неї.

           Висота кожної з веж на Айванпа по 148 метрів. У найбільшу спеку котел може нагріватись до 700 °С. Завдяки значній кількості перегрітої водяної пари, електрика може вироблятися до 15 годин після заходу сонця, що робить електростанцію практично цілодобовою.

              Такою Айванпа була до 19 травня 2016 року, коли ця величезна сонячна електростанція загорілася. Причому, як вияснилося в ході "розбору польотів", це була найменша з її проблем.

             На думку Пожежного департаменту пожежа стала результатом зміщених дзеркал, що зосередили свої промені не на ту частину вежі. Девід Нокс, представник компанії NRG Energy, що експлуатує Айванпа, тоді казав, що поки зарано говорити про причину пожежі. "Зараз ми оцінюємо збиток і розробляємо план ремонту", - повідомляв Нокс. Але 25 травня і він підтвердив, що пожежа справді була викликана дзеркалами, які належним чином не відслідковують хід сонця. За його оцінками на ремонт станції до вводу в експлуатацію необхідно було три тижні.

            Айванпа це найбільша геліотермальна електростанція в світі, що переливається морем дзеркал, концентруючи сонячне світло на три вежі. Але, як кажуть критики, вже на день пуску СЕС в 2014 році технологія в Айванпа була застаріла і занадто вибаглива в обслуговуванні.

            Остання проблема - пожежа в одній з трьох веж заводу в четвер, яка призвела до загоряння і оплавлення металевих труб. Оскільки станція стикнулася з інженерними прорахунками, то їй з самого початку довелося боротися, щоб виконати свій контракт на поставку електроенергії. Її довелося б закрити, якби Каліфорнійська комісія по комунальним підприємствам не пішла на поступки в березні 2016 р. "В Айванпа була така метушня!", - говорить Адам Шульц, менеджер програми UC Davis енергетичного інституту і колишній аналітик CPUC, - "І якщо це призводить до відключення (мається на увазі через останню пожежу), це буде добивати їх і далі". Крім суто технічних проблем станція мала головний біль з громадською думкою (PR) у вигляді звітів про обгорілих птахів і засліплених дзеркалами пілотів літаків.

            Однак найбільша проблема Айванпа це скрутний економічний стан. Коли станція була запроектована (2007 р.), в розрахунках окупності була взята вартість електроенергії приблизно така ж, як від фотоелектричних сонячних панелей на той час. З тих пір вартість електроенергії від геліопанелей впала до 6 центів за кВт*год (порівняйте з розрахунковою для геліотермальної електростанції 15 ... 20 центів), оскільки за цей час подешевшали матеріали для панелей. "Для геліотермальної сонячної електростанції цього не сталося, оскільки це в основному проект зі сталі і скла", - говорить Шульц.

            Фотоелектричні системи також мають перевагу у легкому позиціонуванні вгору або вниз. Не важливо, чи це буде одна панель на Вашому даху, чи 100 панелей, припустимо, в аеропорту, але електрика може бути використана там, де і вироблена - локально. Але для геліотермальних сонячних електростанцій, вам потрібен величезний шмат пустельної землі, віддалений від споживачів. Айванпа має 173500 збірок дзеркал розміром з гаражні ворота, розставлених на 3500 акрах. Кожне дзеркало має керований комп'ютером електропривід, який відстежує хід сонця.

             Всі ці рухомі частини роблять Айванпа складнішою в обслуговуванні, ніж статичні системи панелей сонячних батарей. Отже, є 173500 збірок рухомих дзеркал, а також вежі, де концентроване сонячне світло перегріває водяну пару для виробництва електроенергії, кожна система багатокомпонентна і зі своїми складними системами керування. "Та одні тільки розміри таких електростанцій дозволяють легко лишити поза увагою якусь маленьку несправність", - говорить Тайлер Огден, аналітик Lux Research.

             Теоретично, перевагою геліотермальних станцій є їхня здатність за рахунок інерційності теплових процесів згладжувати виробництво енергії. Панелі сонячних батарей виробляють енергію, коли світить сонце, в інший час вони є не більше ніж прикрасою даху. Айванпа потребує деякого часу "розкачки" в ранкові години, щоб досягти належної температури води для виходу в штатний режим генерування, зате вежі можуть продовжувати виробляти електрику у вечірні години, коли споживання електроенергії, перейшовши через пік, поступово знижується. На подібних СЕС в інших місцях, таких як Crescent Dunes Solar Energy в Неваді, є дзеркала, які концентрують енергію на ємності, в яких замість води використовується розплавлена сіль, що може зберігати теплову енергію набагато довше.

             У США в цей час фотоелектрична енергія перемагає. Вже ніхто не сподівається на будівництво тут геліотермальних електростанцій. Хоча величезна геліотермальна СЕС, де використана вигнута конфігурація дзеркал, будується в Марокко, як і менш потужні аналогічні установки - в США, правда, для вироблення тільки тепла, а не електрики. Нокс каже, що такі дзеркала можуть використовуватися і на геліотермальних електростанціях з урахуванням уроків, вивчених в Айванпа, що накреслять шлях вперед. Тільки якщо ці уроки не є застереженням покінчити з цим.

             Тим не менш, повідомлень про остаточне закриття станції, собівартість енергії з якої нібито в 2...3 рази перевищує ринкову її ціну, не було. Станцію слід вважати діючою? Красномовно...