Сонячні ставки та їх енергетичні особливості
В основі принципу дії СЕУ із сонячними ставками або просто сонячних ставків лежить природний ефект, відкритий на початку XX століття угорським фізиком Кирсинським і який полягає в наступному. Якщо в замкнуту водойму або ставок налити кілька шарів рідини з різною концентрацією солей (концентрація солей мінімальна - у верхніх шарах, максимальна - в нижніх), то при освітленні цього ставка СІ нижні шари нагріватимуться значно до вищої температури, ніж верхні. Залежно від конструктивних особливостей сонячного ставка і складу розчину солей, у нижніх шарах сонячного ставка можна отримати гарячу рідину з температурою 60-90° З навіть вище.
Тим самим у сонячному ставку по вертикалі утворюється значний
Температурний градієнт, енергетичне використання якого вже давно
Добре відпрацьовано людством у звичайних теплоелектростанціях (див. рис. 4.17). Гаряча рідина з нижніх шарів насосом подається в теплообмінники і використовується далі для випаровування робочого енергетичного тіла з низькою температурою кипіння (аміак, пропан, фреон тощо).
Пар, що утворюється в теплообміннику, приводить в рух парову турбіну, що сидить на одному валу з турбогенератором. Відпрацьована пара далі охолоджується в конденсаторі за рахунок використання рідини з поверхневих шарів сонячного ставка з відносно нижчими температурами, ніж нижні шари.
Малюнок 4.17 Сонячна електростанція зі ставком:
1 - греблі; 2 – гаряча вода з високою концентрацією солі;
3 – охолоджена вода; 4 – теплообмінник; 5 – турбіна; 6 – генератор;
7 – конденсатор; 8 - насоси
Розчини солей у різних шарах рідини в сонячному ставку мають бути підібрані так, щоб уникнути природної конвекції. Сьогодні навітьіснують розчини, щільність яких може навіть зростати при їх нагріванні, що робить роботу сонячних ставків дуже стабільними. Пошарове заповнення сонячного ставка є досить тривалою процедурою. Зважаючи на наявність у сонячному ставку вельми агресивного солоного середовища, виникає проблема захисту навколишнього середовища від попадання до неї (у ґрунт) шкідливих речовин (проблема ізоляції сонячної ставка від поверхневих шарів ґрунту). Потрібна наявність джерела рідини для заповнення випаровування її з верхніх шарів і захист останніх від забруднення.
У той же час такі СЕУ мають і незаперечні переваги. Наприклад, порівняно з БСЕС вони вимагають менших витрат конструкційних матеріалів на одиницю площі, що використовується. Завдяки наявності значного обсягу нагрітої води сонячні ставки можуть бути акумуляторами теплоти з різним циклом акумуляції. Накопичене при цьому тепло можна використовувати не тільки для отримання електроенергії, але й для теплопостачання будівель та споруд. Зокрема, сонячний став загальною глибиною в два метри здатний забезпечити безперервну роботу СЕУ на термін до одного тижня навіть за повної відсутності СІ за наявності відповідного обсягу рідини в сонячному ставку. При збільшенні обсягу сонячного ставка можна отримати цикл теплової акумуляції до сезонного регулювання. Наприклад, інтенсивне накопичення надлишків СІ влітку, акумулюється та зберігання отриманого тепла до холодних сезонів року з метою використання його для опалення будівель та споруд.
Дослідженнями ефективності сонячних ставків займаються у багатьох країнах світу: Індія, Італія, Ізраїль, США, Японія тощо. буд. Інтенсивні дослідження сонячних ставків розпочато Ізраїлі ще 60-х роках ХХ століття. З 1979 р. тут на березі Мертвого моря в Ейн-Бореке працює сонячний ставок площею 7400 м2 електричною потужністю 150 кВт за вартістю 1 кВт. год у 10 центів, що цілком можна порівняти з економічними показниками традиційних електростанцій.