Крымская СЭС-5
Идея, лежащая в основе работы СЭС башенного типа, была высказана более 350 лет назад, однако строительство СЭС этого типа началось только в 1965 г., а в 80-х годах был построен ряд мощных солнечных электростанций в США, Западной Европе, СССР и в других странах. Попытки создания солнечных тепловых энергетических установок сравнительно небольшой мощности предпринимались
уже давно. В период с 1860 по 1881 г. такие установки создавались во Франции А. Мушо, в 1870 г. - в Швеции Д. Эриксоном, в 1901 г. - в США А. Энеасом. Широкую известность получила солнечная паросиловая установка французского инженера А. Мушо, демонстрировавшаяся в 1882 г. на Всемирной промышленной выставке в Париже. В 1912 г. по проекту немецкого инженера Ф. Шумана ианглийского инженера Ч. Бойса в Миди недалеко от Каира(Египет) была построена солнечная тепловая энергетическая установка мощностью 45 кВт. Здесь вместо параболических зеркал были применены параболоцилиндрические концентраторы общей площадью 1200 кв. м.
В СССР в 1985 г. был успешно осуществлен пробный энергетический пуск первой советской экспериментальной СЭС башенного типа проектной мощностью 5000 кВт. Проблемам опытно-конструкторских разработок, опыту-эксплуатации и направлениям по созданию термодинамических СЭС башенного типа посвяшен настоящий обзор, написанный в основном по материалам реферативных журналов 'Энергетика" (выпуск 'Гелиоэнергетика') и отдельного выпуска 9U 'Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии' за 1981-1985 гг.
Принципиальная тепловая схема пускового комплекса которой представлена на рисунке
Для обеспечения своевременного пуска станции в пусковой комплекс вместо ПВА емкостью 500 м ^ был включен опытный тепловой аккумулятор полезным объемом 7 0 м ^ на максимальное рабочее давление 4 МПа. Ниже приводится описание работы СЭС-5 с установленным в настоящее время на ней тепло-механическим оборудованием. Опытный ПВА тепла предназначен для прогрева СПГ и турбины с кратковременной (в течение 1 ч) подачей пара на турбину в период снижения интенсивности солнечной радиации. В связи с недостаточно высоким качеством питательной воды
и отсутствием опыта эксплуатации СПГ на период пуска опытный аккумулятор использовался в качестве дополнительного барабана СПГ, что обеспечивало постоянную работу СПГ через
аккумулятор на турбину, т.е. совмещение во времени режимов заряпа и разряда. При этом возможны следующие варианты работы СЭС. Перед пуском СЭС из холодного состояния, например утром, предусмотрен прогрев СПГ 2, деаэратора 15 , и возможно, турбины 7 ,8 от электропаровых котлов. Кроме того, если ПВА 3 находится в заряженном состоянии, он также используется для этой цели. Поэтому непосредственно при пуске СЭС-5 ПВА, как правило, разряжен. Когда появляется пар из СПГ 2 он сразу направляется по зарядному паропроводу 4 в Г1ВА 3. По мере повышения параметров пара, подаваемого из СПГ, растут и параметры воды в ПВА, При этом пар из ПВА на турбину не поступает или подается расход существенно меньше, чем поступает пар в ПВА из СГ1Г. Когда параметры в Г1ВА достигнут величин, близких номинальному значению пара СПГ, открывается соответствующая арматура и пар по разрядному паропроводу 5 поступает в часть высокого давления турбины 7. При понижении давления в ПВА до 1,2 МПа выход ПВА переключается на паропровод 6, по которому пар поступает на пароперегреватель 9 и далее в часть низкого давления турбины 8. Конденсат пара ПВА, отработавшего в турбине, накапливается в баке 14 или баке деаэратора 15. Объем конденсата за полный цикл разряда не превышает 20 куб м.
Если в процессе работы СЭС-5 уменьшается интенсивность солнечной радиации, то происходит снижение расхода и параметров пара, поступающего из СПГ на ПВА. При этом одновременно начинается разряд ПВА и соответствующее понижение параметров, воды, запасенной в его объеме. Суммарный расход пара из СПГ и ПВА обеспечивает некоторую стабилизацию мощности турбины. При глубоком разряде, когда давление в аккумуляторе снижается до 1,3 МПа, осуществляется переключение его на часть низкого давления турбины 8 через сепаратор-пароперегреватель 9. Когда интенсивность солнечной радиации возрастает, происходит подзаряд ПВА и одновременное повышение параметров пара, подаваемого из СПГ. При полностью подзаряженном ПВА он переходит опять в режим работы барабана-сепаратора. Размеры цилиндрического корпуса ПВА: диаметр 3 м,
длина 10,3 м, объем 72 куб м. Для заряда может быть использован насыщенный пар с параметрами 4 МПа, 250°С от СПГ максимальной паропроизводительностью 28 т/ч
Опыт эксплуатации первых экспериментальных СЭС показал их достаточную надежность. На отдельных СЭС показатели превзошли проектные. Например, в Барстоу (США) при максимальной проектной мощности 10000 кВт на испытаниях зарегистрирована максимальная мощность 11400 кВт.
Единичная мощность СЭС башенного типа лимитируется главным образом высотой башни. При высоте башни 250-300 м мощность единичного модуля СЭС может достигать 100000 кВт. Таким образом, технический барьер на пути создания крупных СЭС промышленного уровня мощности сегодня можно
считать преодоленным. Однако предстоит преодолевать другой, не менее трудный' барьер - экономический. Он обусловлен тем, что построенные в последние годы СЭС при современных ценах
на топливе неконкурентоспособны с традиционными ТЭС и АЭС. Необходимо снизить удельные капитальные затраты на их сооружение по крайней мере на порядок. Одной из причин
высоких удельных затрат на сооружение СЭС является их уникальность, при постройке которых пока не используются преимущества серийного специализированного производства. Предстоит разорвать заколдованный круг: пока СЭС обходятся дорого, нельзя развернуть специализированное серийное производство оборудования, а пока не будет организовано такое производство - оборудование для СЭС будет обходиться многократно дороже. Для этого важно выявить возможности
повышения экономической эффективности СЭС. Они сводятся в основном к следующему: рациональное размещение СЭС в районах с высокой плотностью солнечного излучения, оптимизация
поля гелиостатов с преимущественным расположением зеркал в наиболее эффективной северной части поля, выбор оптимальной высоты башни, повышение параметров рабочего тела, использование солнечных приемников полостного типа, оптимизация систем аккумулирования.
Важным средством повышения эффективности СЭС является применение и таких широко известных и хорошо зарекомендовавших себя способов, как промежуточной перегрев пара и регенеративный подогрев питательной воды.
Использование результатов исследований только в перечисленных направлениях позволяет увеличить количество энергии, получаемой с каждого квадратного метра зеркальной поверхности гелиостатов, в 5,5 - 6,5 раза по сравнению с первой СЭС-5, построенной в Крыму.
Солнечные электрические станции 1986
Экспериментальная станция была построена между Акташским солёным озером и берегом Казантипского залива, у села Азовское, и была первой солнечной электростанцией башенного типа в СССР. Спроектирована при участии тридцати проектно-конструкторских организаций Министерство энергетики и электрификации СССР. Расчёт поля гелиостатов проведён ЭНИНом и НПО «Солнце» АН ТССР. Научное руководство осуществлял ЭНИН. Проект строительства СЭС-5 был утверждён в июне 1980 года. В 1981 году началось строительство электростанции. Основным подрядчиком являлось Запорожское строительное управление Днепрострой, которое рядом возводило Крымскую АЭС.
Основной целью было выяснить особенности работы специфического оборудования, применяемого в работе электростанции а также накопить опыт эксплуатации всех систем станции. В том числе выявить недостатки схемы и отдельных элементов оборудования и по-возможности, в процессе освоения СЭС-5, реконструировать несовершенные системы.
Стоимость строительства составила 26-29 млн. рублей. СЭС-5 являлась пилотным проектом для создания более мощных СЭС в 200 и 320 МВт.
Первое пробное включение генератора станции СЭС-5 в сеть состоялось в сентябре 1985 г. В тот момент функционировало 420 гелиостатов.
Полностью станция вступила в строй в 1986 году. Общая стоимость строительства СЭС-5 составила около 29 млн. рублей.
За время до остановки в начале 90-х солнечная электростанция выработала около 2 млн кВт-ч электроэнергии.
Одной из важнейших частей станции являлись оптические датчики (ОД). Они размещались перед каждым гелиостатом на специальных сваях. Сверху сваи устанавливался металлический гусак с выдвижной трубой, к которой и крепился ОД. Высота расположения оптических датчиков была разной и зависела от удалённости от башни.
В отличие от полноповоротных гелиостатов, оптические датчики были неподвижны. Поэтому от их правильной установки и юстировки зависела точность попадания отражённых лучей на солнечный парогенератор (СПГ).
Первые модели оптических датчиков представляли собой цилиндр в котором были размещены две электронные платы и пять фотодиодов. В нижней части, направленной в сторону гелиостата, было круглое отверстие для отражённых от зеркала лучей. В верхней части, направленной в сторону башни, был штепсельный разъём (ШР). Вероятно из-за не герметичности последнего в ОД часто просачивалась вода во время осадков. Оптический датчик выдавал пять сигналов: вниз, вверх, влево, вправо и ПОС (потеря объекта слежения). Напряжение питания 15В.
В конце 1980-х годов была осуществлена попытка внедрения новых ОД в алюминиевом корпусе с пятью фотодиодами и улучшенным кабелем питания. В отличие от предыдущих моделей в нём блок электроники уже размещался в нижней части гелиостата.
ввиду большой парусности зеркал и близости озера для установки каждого гелиостата приходилось забивать по четыре железобетонных сваи
во время дождя вода затекала в оптические датчики (ОД)
некоторые гелиостаты, при повороте, цеплялись углами полотна за столбы ОД, позже было решено их срезать.
В январе 1995 года, из-за отсутствия финансирования, сложности в обслуживании оптического оборудования и в виду потери за 10 лет эксплуатации зеркал части отражающей способности, было принято решение о закрытии СЭС-5.
В 2005 году башню разрезали на металлолом.
В 2008 году на территории солнечной электростанции установили два ветрогенератора мощностью по 650 кВт каждый.
В 2012 году пожарную ёмкость, объёмом 5000 м³, разрезали на металлолом.