Сонячні теплові електростанції. Сонячні концентратори. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії

 Коментарі до статті

Такі електростанції концентрують сонячну енергію за допомогою лінз та рефлекторів. Так як це тепло можна зберігати, такі станції можуть виробляти електрику в міру потреби, вдень і вночі, у будь-яку погоду.

Великі дзеркала - з точковим або лінійним фокусом - концентрують сонячні промені настільки, що вода перетворюється на пару, виділяючи у своїй достатньо енергії у тому, щоб обертати турбіну. Фірма "Luz Corp." встановила величезні поля таких дзеркал у Каліфорнійській пустелі. Вони виробляють 354 МВт електроенергії. Ці системи можуть перетворювати сонячну енергію на електрику з ККД близько 15%.

Всі технології, що описуються, крім сонячних ставків, для досягнення високих температур застосовують концентратори, які відображають світло Сонця з більшої поверхні на меншу поверхню приймача. Зазвичай така система складається з концентратора, приймача, теплоносія, акумулюючої системи та системи передачі енергії.

Сонячне тепло можна зберігати різними способами. Сучасні технології включають параболічні концентратори, сонячні дзеркала параболічні і геліоенергетичні установки баштового типу. Їх можна комбінувати з установками, що спалюють викопне паливо, а в деяких випадках адаптувати для акумуляції тепла. Основна перевага такої гібридизації та теплоакумуляції - це те, що така технологія може забезпечувати диспетчеризацію виробництва електрики (тобто вироблення електроенергії може проводитись у періоди, коли вона потребує). Гібридизація та акумулювання тепла можуть підвищити економічну цінність виробленої електрики та знизити її середню вартість.

Параболічна (лоткова) система

У цих установках використовуються параболічні дзеркала (лотки), які концентрують сонячне світло на приймальних трубках, що містять рідину-теплоносій. Ця рідина нагрівається майже до 400°З прокачується через ряд теплообмінників; при цьому виробляється перегріта пара, що приводить в рух звичайний турбогенератор для виробництва електрики. Для зниження теплових втрат приймальну трубку може оточувати прозора скляна трубка, вміщена вздовж фокусної лінії циліндра. Як правило, такі установки включають одновісні або двовісні системи стеження за Сонцем. У поодиноких випадках вони є стаціонарними.

Оцінки технології показують її більш високу вартість, ніж у сонячних електростанцій баштового та тарілчастого типу, в основному через нижчу концентрацію сонячного випромінювання, а отже, нижчі температури і, відповідно, ефективність. Однак, за умови накопичення досвіду експлуатації, покращення технології та зниження експлуатаційних витрат параболічні концентратори можуть бути найменш дорогою та найнадійнішою технологією найближчого майбутнього.

Побудовані в 80-х роках у південно-каліфорнійській пустелі фірмою "Luz International", дев'ять таких систем утворюють найбільше на сьогоднішній день підприємство з виробництва сонячної теплової електрики. Ці електростанції постачають електрику до комунальної електромережі Південної Каліфорнії. Ще в 1984 р. "Luz International" встановила в Деггетті (Південна Каліфорнія) сонячну електрогенеруючу систему Solar Electric Generating System I (або SEGS I) потужністю 13,8 МВт. У приймальних трубках олія нагрівалася до температури 343 оС і вироблялася пара для виробництва електрики. Конструкція "SEGS I" передбачала 6 годин акумулювання тепла. У ній застосовувалися печі на природному газі, які використовувалися у разі відсутності сонячної радіації.

Ця компанія побудувала аналогічні електростанції "SEGS II - VII" потужністю по 30 МВт. У 1990 р. у Харпер Лейк були побудовані "SEGS VIII та IX", кожна потужністю 80 МВт. Через численні законодавчі та політичні труднощі компанія "Luz International" та її філії 25 листопада 1991 року повідомили про своє банкрутство. Тепер станціями "SEGS I - IX" керують інші фірми за старим контрактом із "Southern California Edison". Від планів будівництва "SEGS X, XI, XII" довелося відмовитись, що означає втрату додаткових 240 МВт запланованої потужності.

Сонячна установка тарілчастого типу

Цей вид геліоустановки є батареєю параболічних тарілкових дзеркал (подібних формою з супутниковою тарілкою), які фокусують сонячну енергію на приймачі, розташовані у фокусній точці кожної тарілки. Рідина в приймачі нагрівається до 1000°З безпосередньо застосовується для електрики в невеликому двигуні і генераторі, з'єднаному з приймачем.

До того ж, завдяки модульному проектуванню, такі системи є оптимальним варіантом для задоволення потреби в електроенергії як для автономних споживачів (у кіловатному діапазоні), так і для гібридних (у мегаватному), з'єднаних з електромережами комунальних підприємств. Ця технологія успішно реалізована в низці проектів. Один із них – проект STEP (Solar Total Energy Project) в американському штаті Джорджія. Це велика система параболічних дзеркал, що працювала у 1982-1989 роках. у Шенандоа. Вона складалася зі 114 дзеркал, кожне 7 метрів у діаметрі. Система виробляла пар високого тиску вироблення електрики, пар середнього тиску для трикотажного виробництва, і навіть пар низького тиску системи кондиціонування повітря тієї ж трикотажної фабриці. У жовтні 1989 р. енергокомпанія закрила станцію через пошкодження на головній турбіні та брак коштів для ремонту станції.

В даний час у розробці знаходяться двигуни Стірлінга та Брайтона. Декілька досвідчених систем потужністю від 7 до 25 кВт працюють у Сполучених Штатах. Висока оптична ефективність та малі початкові витрати роблять системи дзеркал/двигунів найбільш ефективними з усіх геліотехнологій. Системі з двигуна Стірлінга та параболічного дзеркала належить світовий рекорд щодо ефективності перетворення сонячної енергії на електрику. У 1984 році на Ранчо Міраж в штаті Каліфорнія вдалося досягти практичного ККД 29%.

Спільне підприємство "Sandia National Lab" та "Cummins Power Generation" нині намагається поставити на комерційні рейки систему потужністю 7,5 кВт. "Cummins" сподівається продавати 10 000 одиниць на рік до 2004 р. Спільним використанням параболічних дзеркал та двигунів Стірлінга зацікавилися й інші компанії. Так, фірми Stirling Technology, Stirling Thermal Motors і Detroit Diesel спільно з корпорацією Science Applications International Corporation створили спільне підприємство з капіталом 36 млн доларів з метою розробки 25-кіловатної системи на базі двигуна Стірлінга.

Сонячні електростанції баштового типу із центральним приймачем

У цих системах використовується обертове поле відбивачів-геліостатів. Вони фокусують сонячне світло на центральний приймач, споруджений на вершині вежі, який поглинає теплову енергію та приводить у дію турбогенератор. Двовісна система стеження, що керується комп'ютером, встановлює геліостати так, щоб відбиті сонячні промені були нерухомі і завжди падали на приймач. Рідина, що циркулює в приймачі, переносить тепло до теплового акумулятора у вигляді пари. Пара обертає турбіну для вироблення електроенергії, або безпосередньо використовується у промислових процесах. Температури приймача досягають від 538 до 1482 °C.

Перша баштова електростанція під назвою Solar One поблизу Барстоу (Південна Каліфорнія) з успіхом продемонструвала застосування цієї технології для виробництва електроенергії. Підприємство працювало у середині 1980-х. На ньому використовувалася водно-парова система потужністю 10 МВте. У 1992 р. консорціум енергетичних компаній США прийняв рішення модернізувати Solar One для демонстрації приймача на розплавлених солях і теплоакумулюючої системи. Завдяки акумулюванню тепла баштові електростанції стали унікальною геліотехнологією, що дає змогу диспетчеризувати електроенергію при коефіцієнті навантаження до 65%. У такій системі розплавлена ​​сіль закачується з холодного бака при температурі 288°С і проходить через приймач, де нагрівається до 565°С, а потім повертається в гарячий бак. Тепер гарячу сіль у міру потреби можна використовувати для вироблення електрики. У сучасних моделях таких установок тепло зберігається протягом 3 – 13 годин.

Solar Two - баштова електростанція потужністю 10 МВт у Каліфорнії - це прототип великих промислових електростанцій. Вона вперше дала електрику у квітні 1996 р., що стало початком 3-річного періоду випробувань, оцінки та дослідного вироблення електроенергії для демонстрації технології розплавлених солей. Сонячне тепло зберігається в розплавленій солі за температури 550°С, завдяки чому станція може виробляти електрику вдень і вночі, у будь-яку погоду. Успішне завершення проекту Solar Two має сприяти будівництву таких веж на промисловій основі в межах потужності від 30 до 200 МВт.

Зіставлення технічних характеристик

У таблиці наведено ключові характеристики трьох варіантів сонячної теплової електрогенерації. Башти та параболоциліндричні концентратори оптимально працюють у складі великих, з'єднаних з мережею електростанцій потужністю 30-200 МВт, тоді як системи тарілчастого типу складаються з модулів і можуть використовуватися як в автономних установках, так і групами загальною потужністю в кілька мегават. Параболоциліндричні установки - на сьогоднішній день найбільш розвинута із сонячних енергетичних технологій і саме вони, ймовірно, будуть використовуватися в найближчій перспективі. Електростанції баштового типу завдяки своїй ефективній теплоакумулюючій здатності також можуть стати сонячними електростанціями недалекого майбутнього.

Модульний характер "тарілок" дозволяє використовувати їх у невеликих установках. Башти і "тарілки" дозволяють досягти більш високих значень ККД перетворення сонячної енергії на електричну за меншої вартості, ніж у параболічних концентраторів. Однак залишається незрозумілим, чи зможуть ці технології досягти необхідного зниження капітальних витрат. Параболічні концентратори нині - вже апробована технологія, яка чекає на свій шанс на вдосконалення. Баштові електростанції потребують демонстрації ефективності та експлуатаційної надійності технології розплавлених солей при використанні недорогих геліостатів. Для систем тарілчастого типу необхідно створення хоча б одного комерційного двигуна та розробка недорого концентратора.

Характеристики сонячних теплових електростанцій

(p) = прогноз; (d) = факт

Порівняння основних сонячних теплових технологій

Деякі економічні та конструкторські проблеми теплових сонячних електростанцій

Вартість електрики, виробленої тепловими сонячними електростанціями, залежить від багатьох факторів. Серед них капітальні витрати, експлуатаційні витрати та витрати на технічне обслуговування, продуктивність системи. Однак важливо зауважити, що вартість технології та кінцева вартість виробленої електроенергії схильні до суттєвого впливу зовнішніх факторів, що не відносяться безпосередньо до даної технології. Наприклад, параболічні концентратори та вежі у вигляді невеликих автономних установок можуть коштувати дуже дорого. Щоб знизити їхню вартість і зробити конкурентоспроможними по відношенню до сучасних електростанцій, що працюють на органічному паливі, необхідно поступово підвищувати їхню потужність та будувати сонячні енергоцентри, де на одному майданчику розміщуються кілька енергетичних об'єктів. До того ж, оскільки ці технології заміняють традиційні види палива, податкове регулювання може вплинути на їхню конкурентоспроможність.

Вартість проти цінності

Завдяки акумулюванню тепла та гібридизації, теплові сонячні електростанції можуть стати стійким та гнучким джерелом електроенергії. Він надійний і здатний виробляти електроенергію тоді, коли вона потрібна. В результаті керована електроенергія має для комунального підприємства високу цінність, оскільки вона компенсує необхідність будувати та експлуатувати нові електростанції. Це означає, що, хоча сонячна теплова електростанція може коштувати дорожче традиційної, цінність її може бути вищою.

Переваги сонячних електростанцій

Теплові сонячні електростанції створюють у два з половиною рази більше кваліфікованих високооплачуваних робочих місць, ніж традиційні електростанції, на яких спалюється органічне паливо. Енергетична комісія штату Каліфорнія провела дослідження, яке показало, що навіть за існуючих податкових знижок за сонячну теплову електростанцію потрібно сплачувати приблизно в 1,7 разів більше податків до федерального та місцевого бюджету, ніж за парогазову станцію еквівалентної потужності. Якби за ці електростанції сплачували однакові податки, вартість виробленої ними електрики була приблизно однаковою.

Потенціал

Якби лише 1% земних пустель використовувався під виробництво екологічно чистої сонячної теплової електроенергії, її було б отримано більше, ніж виробляється сьогодні за рахунок спалювання викопного палива в усьому світі.

Висновки

Технології отримання сонячної теплової електроенергії, що ґрунтуються на концентрації сонячного світла, знаходяться на різних етапах розробки. Параболічні концентратори вже сьогодні застосовують у промисловому масштабі: у пустелі Мохаве (штат Каліфорнія) потужність установки становить 354 МВт. Сонячні електростанції баштового типу проходять фазу демонстраційних проектів. Пілотний проект під назвою "Solar Two" потужністю 10 МВт проходить випробування у м. Барстоу (США). Системи тарілчастого типу проходять стадію демонстраційних проектів. Декілька проектів знаходяться в конструкторській розробці. У м. Голден (США) працює 25-кіловатна станція-прототип. Сонячні теплові електростанції відрізняє ряд особливостей, які роблять їх вельми привабливими технологіями на світовому ринку, що розширюється, відновлюваної енергії.

В Україні, за радянської влади, у 80-х роках, було збудовано дослідну сонячну електростанцію потужністю 5 МВт біля м.Щолкіно, Ленінський район АР Крим. За часів перебудови, коли сонячна електростанція зникла фінансову підтримку з боку держави, сонячна електростанція не змогла окупити власні експлуатаційні витрати. Сонячна електростанція була зупинена, і розкрадена. У 2005 році сонячну електростанцію було остаточно демонтовано відповідно до рішення Міністерства палива та енергетики України.

Теплові сонячні електростанції за останні кілька десятиліть подолали важкий шлях. Продовження проектно-конструкторських робіт має зробити ці системи більш конкурентоспроможними порівняно з використанням викопного палива, збільшити їхню надійність і створити серйозну альтернативу в умовах попиту на електроенергію.

Дивіться інші статті розділу Альтернативні джерела енергії.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Мікроконтролер Toshiba із вбудованим попереднім драйвером для керування електродвигунами 10.12.2015 Компанія Toshiba Electronics Europe розширила серію мікроконтролерів TX03 на базі ARM Cortex-M3 та випустила нову інтегральну схему (ІВ) TMPM37AFSQG. Нова ІС є мініатюрним мікроконтролером для векторного керування з співпроцесором Toshiba Vector Engine Plus (VE+) і попереднім драйвером для керування безколекторними електродвигунами постійного струму. Попередній драйвер TMPM37AFSQG дозволяє безпосередньо керувати МОП-транзисторами 3-фазної схеми формування комплементарних сигналів ШІМ із мінімальною одиницею часу 25 нс. Завдяки цьому мікроконтролер оптимально підходить для керування невеликими електродвигунами, вентиляторами серверів, невеликими вентиляторами систем охолодження, витяжними, електричними та стельовими вентиляторами, насосами та іграшками. Ядро мікроконтролера отримує напругу живлення від попереднього драйвера, що дозволяє використовувати одне джерело живлення для роботи всього пристрою. Мікроконтролер TMPM37AFSQG з ядром ARM Cortex-M3 з тактовою частотою до 40 МГц, 12-розрядним аналогово-цифровим перетворювачем та вбудованою платформою векторного управління забезпечує керування електродвигунами з низьким рівнем шуму та вібрацій, що дозволяє оптимізувати їхню роботу. Пристрій також містить вбудований операційний підсилювач (ОУ), необхідний для вимірювання струму на одному резисторі, що шунтує, і компаратор для виявлення перевантаження по струму. Всі функції реалізовані в мініатюрному корпусі (VQFN32 розміром 5 мм x 5 мм з кроком 0,5 мм), що вимагає мінімального простору для монтажу.

Інші цікаві новини:

▪ Клей – не відірвеш

▪ Робот на дорозі

▪ Пристрій для чищення взуття в авто

▪ Кофеїн сприяє росту волосся

▪ Протокол для проектування багатовимірних станів

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Альтернативні джерела енергії. Добірка статей

▪ стаття Плевако Федір Никифорович. Знамениті афоризми

▪ стаття Чи існують люди, які особливо чутливі до зміни погоди? Детальна відповідь

▪ стаття Айва звичайна. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Непромокальний папір. Прості рецепти та поради

▪ стаття Широкосмугове узгодження. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024