Запрошуємо розробників корисного устаткування до співпраці

Сонячна теплоелектроенергетика

4.2.3.1 Загальні відомості

Електроенергію за рахунок використання сонячної енергії можна одержувати в теплових установках, у яких теплота від згорання палива замінюється потоком концентрованого сонячного випромінювання.

В регіонах з високим рівнем сонячного випромінювання його можна використовувати для отримання пари, яка обертає турбіну і

виробляє електричну енергію. Виробництво сонячної теплової енергії у великих масштабах є достатньо конкурентоспроможним. Промислове використання цієї технології бере свій початок з 1980-х років, відтоді ця галузь швидко розвивається.

Усі сонячні електростанції створюються на основі сонячних теплових енергетичних установок, у яких за допомогою оптичних систем концентрується сонячна енергія для нагрівання робочого тіла до температури, що забезпечує ефективну роботу теплових машин.

Термодинамічні сонячні електричні станції, що набули значного поширення в цей час, є трьох типів:

- баштового типу із центральним приймачем-парогенератором, на поверхні якого концентрується сонячне випромінювання від плоских дзеркал-геліостатів;

- параболічного (лоткового) типу, в яких у фокусі параболоциліндричних концентраторів розміщуються вакуумні приймачі-труби з теплоносієм (парогенератор);

- тарілкового типу, в яких у фокусі параболічного тарілкового дзеркала розташовується приймач сонячної енергії з робочою рідиною.

Принципову схему одержання електричної енергії сонячною електростанцією зображено на рисунку 4.2.27.

Рисунок 4.2.27 — Принципова схема геліоенергетичної установки

Енергія передається робочою рідиною

Енергія робочої рідини передається паросиловій установці

Робочим тілом у колекторах у більшості випадків є вода або водно - спиртовий розчин із метою запобігання замерзанню рідини у колекторах зовнішніх установок у зимовий час.

У більшості випадків сонячні теплові електростанції є гібридними, тобто мають додаткове джерело енергії у вигляді традиційного палива для вироблення електрики при відсутності сонячного випромінювання (протягом доби).

Ефективність використання випромінювання, що падає на приймач, становить від 20 до 35 %, вироблена електроенергія дорівнює від 10 до ЗО % ефективного падаючого випромінювання.

4.2.3.2 Сонячні електростанції баштового типу

Станції баштового типу складаються з п'яти основних систем: оптичної системи;

автоматичної системи керування оптичною системою і станцією в цілому;

системи парогенератора;

системи вежі, що підтримує геліоприймач;

- системи перетворення енергії, включаючи теплообмінники, акумулятори енергії та турбогенератори.

Принципову схему сонячної електростанції баштового типу подано на рисунку 4.2.28.

Рисунок 4.2.28 - Сонячна електростанція баштового типу

Оптична система станції являє собою пристрій, що концентрує сонячну радіацію (концентратори). Як відомо, за інших однакових умов ККД термодинамічного циклу, що перетворює сонячну енергію в електричну, залежить від початкових параметрів робочого тіла паротурбінної установки. Це потребує ущільнення променевих потоків сонячної енергії, що здійснюється за допомогою спеціальних ЇЇ концентраторів.

Концентратори можуть бути лінзовими і дзеркальними, використовуються поки тільки дзеркальні концентратори. Найбільшу концентруючу здатність мають дзеркала, форма яких відповідає поверхням обертання другого порядку: параболічні, напівсферичні, гіперболічні, еліпсоїдні і т. под. Максимальна концентруюча здатність досягається при параболічній конструкції дзеркал.

Температура, яку можна одержати на вершині башти в системі перетворення енергії при використанні дзеркальних концентраторів, становить від 300 до 1500 °С. Можливість отримання потужності від одного модуля не перевищує 200 МВт, обмеження потужності пов’язане зі зниженням ефективності перенесення енергії від найбільш віддалених концентраторів на вершину башти.

Оскільки оптичні пристосування ефективно концентрують тільки пряме сонячне випромінювання, велике значення має орієнтація дзеркала і геліоприймача щодо Сонця. Тому концентруючи геліосистеми повинні мати систему спостереження за Сонцем. Це масив дзеркальних геліостатів, що стежать за Сонцем і відбивають його промені на геліоприймач станції, розташованої на вершині вежі. При цьому кожний з геліостатів орієнтується в просторі за індивідуальними законами.

Конструкція геліостата повинна бути жорсткою, міцною, мати мінімальну металоємність, бути технологічною і простою у виготовленні, а також недорогою. На частку оптичної системи станції в цілому припадає близько 50-60 % загальних капітальних витрат.

В Україні в 1986 р. побудована і введена в дію сонячна електростанція в Криму потужністю 5 МВт, що експлуатувалася до 1993 р. Геліостати станції мали раму розмірами 5x5м, на якій закріплювалося 36 дзеркальних пластин розмірами 1250 х 540 мм. До складу масиву входило 1600 геліостатів, що розміщалися концентрично в шаховому порядку навколо вежі з парогенератором.

Автоматична система керування, як правило, здійснюється з єдиного центру керування, при цьому можуть бути передбачені локальні пристрої автоматики.

Сонячний парогенератор принципово відрізняється від парогенератора, що працює на органічному паливі. Поверхня нагрівання парогенератора утворюється вертикально-трубними повністю зварними панелями, частина з яких є випарними, частина - водонагрівальними, решта розташовується на північній стороні парогенератора, що найменше нагрівається.

На кримській станції генерувалася насичена пара тиском 4 МПа з температурою 250 °С, продуктивність парогенератора ЗО т/год. Поверхня парогенератора побудована з 14 випарних і 2 водонагрівних вертикально-трубних панелей.

Система перетворення енергії передбачає, як правило, комбіноване виробництво теплоти й електричної енергії. Система складається з двох контурів, в одному пара генерується завдяки сонячній радіації, в другому - завдяки акумульованій воді. Під час перерв в одержанні сонячної радіації, тобто при припиненні виробництва пари в парогенераторі, схема підтримується в робочому стані завдяки генерації насиченої пари, що випаровується з насиченої води пароводяного акумулятора.

Наприкінці 70-х і початку 80-х років минулого століття в різних країнах світу було побудовано сім пілотних сонячних електростанцій баштового типу з рівнем потужності від 0,5 до 10 МВт. Найбільша станція потужністю 10 МВт (Solar One) була побудована в Каліфорнії.

Німецьким консорціумом реалізовано проект баштової станції PHOEBUS потужністю ЗО МВт з об'ємним ресивером, у якому підігрівається атмосферне повітря. Нагріте сонячною радіацією атмосферне повітря подається в котел, де виробляється водяна пара, що працює в циклі Ренкіна. На тракті повітря від ресивера до котла передбачений пальник для спалювання природного газу для підтримки заданої потужності станції в нічний час. Розрахунки показують, що при річному надходженні сонячного випромінювання

6,5 ГДж/м (що характерно для України) ця станція із сумарною площею геліостатів 160 тис. м буде одержувати 290,2 ГВт-год/рік сонячної енергії, а кількість енергії палива, що витрачається - 176 ГВт-год/рік. При цьому станція виробляє 87,9 ГВт-год електроенергії за рік при середньому ККД 18,8 %. При таких показниках вартість електроенергії, що виробляється станцією, трохи вище, ніж при роботі теплових станцій.

Іншого типу електростанція „Альмерія” потужністю 0,5 МВт побудована на півночі Іспанії. її відмінність полягає в тому, що сфокусована на вершину башти сонячна теплота приводить у дію натрієвий коловорот, а той уже нагріває воду до утворення пари. Як перевагу такої станції можна вказати те, що натрієвий акумулятор теплоти накопичує надлишок енергії і забезпечує роботу станції в похмуру погоду і вночі. Це забезпечує ККД паротурбінного процесу на рівні традиційних теплових електростанцій.

Світова практика експлуатації станцій баштового типу показала їхню технічну доцільність і працездатність. Головним недоліком баштових СЕ С є їхня висока вартість і значна площа, яку вони займають. Так, для розміщення СЕС потужністю 100 МВт треба площа 200 га, а для АЕС потужністю 1000 МВт - всього 50 га. Баштові СЕС потужністю до 10 МВт нерентабельні, їх оптимальна потужність дорівнює 100 МВт, а висота башти - 250 м. Реальна ціна таких станцій потужністю до 10 МВт через велику матеріалоємність виявилася високою - 10-15 тис. дол. США за 1 кВт пікової

потужності. Цим пояснюється зниження інтересу до баштових станцій.

Додати коментар

Реквізити Майстерні своєї справи

Адреса і телефони:

Україна, Кіровоградська обл., м. Олександрія, вул. Куколівське шосе 5/1А,
тел./факс +38 (05235) 7 41 13,
+380 (68) 408 39 56 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (50) 984 5 684 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (67) 561 22 71 — решта обладнання
ICQ: 491675177
e-mail: msd@inbox.ru

WordPress Video Lightbox