Обогнать Австралию

В Бердске начали строительство первой гелиоаэробарической теплоэлектростанции (ГАБ ТЭС). Принцип ее работы заключается в использовании энергии теплообменных процессов, происходящих в атмосфере под действием солнечного света

Проектная мощность станции не превышает 50 кВт. Казалось бы, о чем тут говорить - ее энергии вряд ли хватит для обеспечения одного жилого дома. Но авторы проекта уверены: это только начало. Строительство, на которое потребуется затратить от 5 до 7 млн рублей, планируется завершить через год. Кредит в размере 5 млн рублей уже предоставил новосибирский банк "Левобережный" под гарантии администрации Новосибирской области.

Эксперимент с прицелом на будущее

Строительство ГАБ ТЭС в Бердске - один из этапов большого проекта, задуманного учеными трех стран. Специалисты, занимающиеся разработкой и строительством гелиоаэробарических станций, консолидированы в пять научно-производственных объединений: " Интергелиоэкогалактика" (Москва), " Гелиоюгэнерго" (Волгоград), " Сибэкоэнерго" (Новосибирск), " Крымсоюзцентр" (Украина), "СПАС Гелиоэнергетика" (Беларусь). Российские, украинские и белорусские ученые в результате шестилетних исследований пришли к выводу, что можно оптимизировать действие компонентов солнечной энергии. Их несколько: собственно световое излучение; термические воздушные потоки, образующиеся при нагревании земной поверхности; вода, которая проходит в атмосфере цепочку превращений "вода-пар"; наконец, ветер.

Руководитель проекта, академик РАЕН Алим Чабанов утверждает, что гелиоаэробарическая теплоэлектростанция - новое слово как в отечественной, так и в мировой энергетике.

Бердск - небольшой городок с 88-тысячным населением, город-спутник Новосибирска. Появлению на своей территории этого проекта он обязан благоприятному стечению обстоятельств. "Группа ученых под моим руководством создала несколько действующих образцов-моделей станции на базе Московского государственного университета и провела ряд исследований, которые подтвердили жизнеспособность проекта, - рассказывает Алим Чабанов. - О наших разработках узнал губернатор Новосибирской области Виктор Толоконский. Он побывал у нас в лаборатории, ознакомился с опытными образцами. Сказал, что хотя Новосибирская область не испытывает недостатка в электроэнергии, но надо смотреть в будущее. И заказал проект для Новосибирска, высказав пожелание, чтобы станция была расположена недалеко от научного центра - Академгородка. Выбор пал на Бердский электромеханический завод, который обладает высокой культурой производства и располагает необходимыми кадрами. Я встретился с директором завода Виктором Осиным. Идея пришлась ему по душе, и он дал распоряжение, чтобы нам выделили площадку размером 58 на 75 метров".

В настоящее время строители уже выкопали котлован под центральную часть турбины, гелиогенератор и теплоаккумулятор и приступили к бетонированию. Планируется, что центральную часть займет ветротурбогенератор - внушительное строение высотой порядка 30 м. На высоте 16 м будет смонтирована сама турбина. На южной стороне строители установят два отражателя солнечного света - зеркальные поверхности размером 18 на 18 м каждая. Их задача - направлять солнечные лучи на гелиопоглощающие элементы. Севернее гигантской "ветряной мельницы" построят теплоаккумулятор. "Этот блок должен быть столь же прост в эксплуатации, сколь и технологичен, - говорит Александр Соловьев, главный инженер ЗАО НПК "Сибэкоэнерго". - Большое строение со стенками из теплоизолирующего материала будет заполнено смесью глины и песка. Это и есть среда, которая станет аккумулировать тепловую энергию: расчетная температура прогрева наполнителя - до 300C".

Авторы проекта не ставят перед собой задачу поразить сибиряков масштабами: на территории завода строится станция научно-практического назначения. Ее цель, по словам ученых, - проверить, как ГАБ ТЭС будет работать в суровых климатических условиях Западной Сибири, насколько она окажется эффективной. Если эксперимент удастся, то в конце 2006 года в Бердске планируется начать строительство станции нового поколения уже в промышленных целях с мощностью 2 МВт.

Кто и как приручает силы природы

Установку, которую создают отечественные ученые и инженеры, можно считать уникальной не только в России, но и в мире, поскольку в ней объединены несколько принципов получения энергии. За рубежом пока пытаются "приручать" солнце и ветер раздельно: строят либо солнечные, либо ветряные станции. Но эти технологические решения слишком дороги. К примеру, есть действующие ветроагрегаты в северной части Германии - это один из самых ветреных регионов Европы. Но и там не хватает ветра, чтобы установки могли работать на полную мощность, а строительство станций высокозатратно, что ведет к удорожанию энергии. Гелиостанции, которые при помощи фотоэлементов напрямую преобразуют солнечную энергию в электрическую, используются сегодня, например, в Испании, но они пока не мощнее той, которая строится в Бердске. Так что говорить об их промышленном применении пока преждевременно.

Мощная гелиостанция строится в Австралии. Ее проектная мощность достигает 200 МВт. Это поистине устрашающее строение, сравнимое с Вавилонской башней по своим масштабам. В центре располагается железобетонная вертикальная тяговая труба, в которой устанавливается турбина. Вокруг трубы устроен гелиоколлектор - обычная теплица: светопроницаемая поверхность, установленная наклонно на опорах. Высота опор изменяется от 2 м на периферии до 20 м в центре. Воздух, нагреваемый солнечными лучами до 30C, внутри этой теплицы движется от периферии к центру. Из-за разницы температур в трубе возникает тяга: нагретый воздух поднимается вверх со скоростью 10 м/с и вращает турбину.


Схема турбогенератора ГАБ ТЭС-50

Российская станция похожа на австралийскую только внешне. Та же тяговая труба в центре, но светопоглощающие площади имеют вид стеклянных коридоров шириной 4 и высотой 18 м, которые радиально расходятся от трубы и реакторного зала. Таким образом, они еще и улавливают и направляют внешний ветер на турбину, лопатки которой расположены не только внутри тяговой трубы, но и снаружи. Вокруг турбины устроены поворотные жалюзи, которые закручивают "пойманный" воздушный поток в смерч.

Кстати, использование энергии смерча - наше ноу-хау, которое позволило превзойти австралийских гелиоэнергетиков в более эффективном использовании солнечной энергии. Наши ученые поняли: чтобы повысить коэффициент использования солнечной энергии, надо заставить нагретый воздух работать с большей отдачей. Тут и догадались задействовать одновременно вертикальную и горизонтальную составляющие скорости воздушного потока. В данной установке тангенциальная (круговая) скорость воздуха в 5-6 раз выше, чем вертикальная, - до 90 м/с. Нагретый воздух завихряется, проходя через наклонные вертикальные жалюзи в межмодульных переходах - от светопоглощающих коридоров к тяговой трубе. А жалюзи, в свою очередь, нагреваются до высоких температур - порядка 300C.

Океан энергии под ногами

Возникает резонный вопрос: где брать энергию для нагрева? Буквально из воздуха, отвечают ученые, а еще с земли. В гелиопоглощающих коридорах прокладываются трубы, по которым течет масло. Именно оно и нагревается до столь высокой температуры. Впрочем, и школьнику-двоечнику понятно, что даже в очень хорошей теплице такого температурного режима не создать. Поэтому на помощь "созываются" и те солнечные лучи, которые в стеклянные коридоры установки сами по себе не попадают. Для этого при помощи светоотражающих поверхностей они направляются и концентрируются в одной зоне - там, где проходит маслопровод. Тот, кто сомневается в том, что такое возможно, пусть вспомнит, как когда-то Архимед при помощи зеркал и начищенных до блеска щитов направил солнечные лучи на римский флот в гавани Сиракуз и сжег его. Даже если правда - только четверть из всего, о чем повествует легенда, результат все равно впечатляющий.

Но вернемся в XXI век. Одна часть нагретого таким способом масла идет на создание вихревого движения воздуха в тяговой трубе, а другая по трубам направляется в теплоаккумулятор. Он представляет собой большое закрытое строение из пенобетона, заполненное грунтом - суглинком, внутри которого и проложен маслопровод. Масло отдает тепло грунту, который в состоянии сохранять его в течение полутора месяцев, что дает возможность станции все это время работать даже в условиях полярной ночи и полного безветрия.

Таким образом, группе ученых удалось добиться очень высокого коэффициента использования солнечной энергии - до 28%. Австралийцы же используют только 1,5% того, что дарит нам светило. Выходит, что станция, по мощности схожая с австралийской, может быть раз в 20 компактнее. Алим Чабанов говорит, что уже сейчас есть возможность создавать станции мощностью до 20 МВт. Впрочем, считает, что дальше увеличивать мощность вряд ли экономически целесообразно: в российских условиях - дорого. Может быть, через десяток лет это станет возможно. А пока ноу-хау ученых заинтересовались в Африке. По словам Алима Чабанова, правительство Египта готово предоставить в распоряжение авторов проекта ГАБ ТЭС солидные кредитные ресурсы на выгодных условиях, если после завершения работ ему будет передано право распространять технологию в странах арабского мира.