Ученые из Университета Тайбы в Саудовской Аравии и Университета Бенхи в Египте разработали новую солнечную энергетическую установку, способную одновременно вырабатывать электричество, тепло и холод. Такие системы называют тригенерационными – один источник энергии используется сразу для нескольких задач.
В основе установки лежит башня с гелиостатами, то есть зеркалами, которые улавливают солнечные лучи и направляют их на центральный приемник на вершине. Главная инженерная находка исследователей – особые трубки внутри этого приемника. Они выполнены в виде спирали и снабжены внутренними ребрами. По ним циркулирует теплоноситель – силиконовое масло Syltherm 800, устойчивое к высоким температурам и способное эффективно переносить тепло без разложения.
Моделирование показало, что оптимальная высота ребер составляет 2 мм, а шаг спирали – 42 мм. При интенсивности солнечного излучения 1000 Вт/м² такая конфигурация повышает температуру масла на выходе на 39,4% по сравнению с гладкими трубами. Эффект достигается за счет усиления турбулентности и формирования вторичных потоков внутри спиральных каналов.
Полученное тепло используется в комбинированном цикле, состоящем из двух частей: энергоблока на базе цикла Калины, который эффективно преобразует низкопотенциальное тепло в электричество, и абсорбционной холодильной машины на смеси аммиака и воды. Такая связка позволяет не терять избыточное тепло, а использовать его для выработки холода и горячей воды.
Расчеты показали, что добавление холодильного контура повышает общую энергетическую эффективность системы на 23,78%, а эффективность использования энергии – на 14,55%. То есть система меньше теряет ту часть энергии, которую можно превратить в полезную работу.
При увеличении солнечной радиации с 450 до 1000 Вт/м² суммарная полезная мощность установки возрастает с 144,8 до 202,5 кВт. Выработка электричества при этом увеличивается с 9,24 до 11,33 кВт, тепла – с 14,18 до 19,1 кВт, а холода – с 5,57 до 7,31 кВт. Общая энергетическая эффективность системы растет с 48% до 54,5%, а эффективность использования энергии – с 35,9% до 42,25%, то есть уменьшаются потери и больше энергии идет на полезную работу.
Вместе с тем анализ показал, где система теряет больше всего энергии. Основные потери приходятся на центральный приемник – 22,45% всех неизбежных потерь энергии. Далее идут поле гелиостатов (11,67%), перегреватель (6,45%) и сепаратор смеси (5,47%).
Несмотря на это, по сравнению с аналогичными солнечными тригенерационными установками новая схема выглядит конкурентоспособной, а по ряду параметров – более эффективной. Важно и то, что она полностью работает на возобновляемой энергии и позволяет снижать выбросы CO₂, замещая традиционные системы отопления и охлаждения.
