В отличие от обычной солнечной электростанции с гелиостатами, где концентрация энергии достигается оптическими методами, солнечный соляной пруд обеспечивает гидродинамическую концентрацию солнечной энергии. При средней плотности притока солнечной теплоты в отводимый нагретый рассол 75 Вт/м2 плотность потока используемой энтальпии (произведение плотности рассола — 1500 кг/м3, его скорость в трубе 1 м/с, теплоемкости — 2,3 кДж/кг∙⁰С и перепада температуры 10 ⁰С) составляет 3,5∙107 Вт/м2. Отсюда видно, что гидродинамическая концентрация повышает плотность потока энергии более чем на пять порядков, т.е. в сотни тысяч раз.
Способность к совершению работы характеризуется не потоком энергии, а потоком эксергии и поэтому следует обратить внимание на концентрацию эксергии солнечным прудом.
Плотность потока эксергии солнечного излучения не намного ниже плотности энергии (примерно вдвое), так что его можно оценить средней величиной δо = 100 Вт/м2. Это подводимая к пруду эксергия. Отводимой является эксергия горячего рассола, оцениваемая только по его температуре, т.е. термическая, а не химическая эксергия. При температуре горячего рассола 100 ⁰С и температуре холодного источника 10 ⁰С имеем
δэ = 3,5∙107∙(100 — 10)/(100 + 273) = 0,93∙107 Вт/м2.
Отношение плотностей потоков подводимой и отводимой эксергии
λ = δэ/δо = 107/102 = 105.
Иными словами, при отводе горячего рассола мы получаем гидродинамическую концентрацию потока эксергии в сто тысяч раз. Плотность потока эксергии в горячем рассоле много выше, чем при передаче энергии от горячих газов в хвостовых частях котельного агрегата, и выше, чем в океанских тепловых электростанциях. Поэтому солнечный пруд и представляется эффективным сборщиком ВИЭ благодаря высокой концентрации эксергии и ему уделяется так много внимание Е. И. Янтовским.
В пасмурную погоду при охлаждении на 10 ⁰С придонного слоя пруда площадью 78,5 м2 (диаметром 10 м) выделяется примерно 3600 МДж теплоты. Если эту теплоту, с КПД = 10 %, преобразовать в электрическую энергию, то можно получить 100 кВт∙ч электроэнергии. А это эквивалентно разрядке 138 дорогостоящих аккумуляторов, о которых говорилось ранее.
Конечно, солнечный соляной пруд стоит немалых денег, но их величина, вместе с концентратором солнечной энергии значительно ниже стоимости 138 аккумуляторов.
В немалой степени на эффективность работы данного вида электростанции сказывается слежение концентратором положения Солнца и использование холода льда котлована. Использование холода котлована позволяет снизить нижнюю границу паросилового цикла, что ведет к значительному повышению его КПД.
Раньше считалось, что климатические условия в средней полосе России уникальны, из-за аномально низких температур, только для ГеоЭС. Поскольку это позволяет снизить температуру конденсации, особенно зимой, что может дать прирост (на 20 – 40 %) в выработке электроэнергии по сравнению с ГеоЭС, которые расположены в районах жаркого и умеренного климата. Однако, это преимущество наших климатических условий, в части возможности повышения КПД выработки электроэнергии, в равной степени относится и к ЭС на базе солнечного соляного пруда и котлована со льдом.
Снижение установленной стоимости 1 кВт ЭС на базе солнечного соляного пруда можно добиться, если в качестве источника холода для термодинамического цикла использовать вместо холода льда котлована холод малых водотоков [7].
Если сравнить цену 1 кВт по установленной мощности, то обычные ВЭС имеют преимущество по сравнению с гелиоэлектростанцией на базе солнечного соляного пруда, но если их эффективность сравнивать с учетом аккумуляторов, входящих в состав ВЭС, обеспечивающих бесперебойность электроснабжения, то результат получается иной.
Конечно, при КПД преобразования, тепловой энергии солнечного соляного пруда в электрическую энергию, в пределах 10 – 12 %, при плотности солнечного излучения не превышающего, в больший период времени 1 кВт/м2, за счет только выработки электроэнергии окупаемости проекта можно достигнуть только на децентрализованных территориях. Однако, если часть теплоты пруда использовать для горячего водоснабжения, а часть холода льда котлована для кондиционирования [6], то окупаемости можно достичь и в зонах централизованного энергоснабжения. Ведь нагрев воды в пруду в 8 – 10 раз дешевле, чем от электроэнергии. Также и кондиционирование (охлаждение воздуха) за счет естественного холода (льда котлована) в 8 – 10 раз дешевле, чем от электроприводного кондиционера.
У ГЭС и ЭС на базе солнечного соляного пруда и котлована со льдом/талой водой есть дополнительные, свойственные только им преимущества.
У ГЭС теплоту потока воды в нижнем бьефе, а у гелиоэлектростанции теплоту талой воды котлована и солнечного соляного пруда можно эффективно использовать зимой для теплоснабжения посредством теплонасосных установок (ТНУ).
