Солнечные тепловые двигатели и электрогенераторы, 2
Раньше было:
Сила, энергия и мощность.
Возобновляемая энергия. Введение
Эффективность и побочные эффекты использования ископаемых топлив
Солнечная тепловая энергия
1. Введение
2. Солнечный водонагреватель на крыше
3. Природа и пригодность солнечного излучения
4. Солнечная радиация и времена года
5. Удивительные свойства стекла
6. Использование низкотемпературного оборудования на солнечной энергии - 1, 2
7. Активное солнечное нагревание
8. Пассивное солнечное нагревание - 1, 2, 3, 4
9. Солнечные тепловые двигатели и электрогенераторы
Новая солнечная эра
Солнечные двигатели возродились с началом космической эры. Когда в 1945 году британский ученый и писатель Артур C. Кларк описал возможный будущий «геостационарный спутник», который будет передавать теле- и радиосигналы по всему миру, а его работа должна была быть обеспечена солнечным паровозом. Фактически, когда такие спутники действительно появились через 25 лет, они стали использовать как источник электроэнергии фотовольтаику (о ней буду посты позже).
Где-нибудь еще, например в космических ракетах, ракетоносителях и ядерных реакторах могут понадобиться нагреваемые до высоких температур компоненты, но без загрязнения от горения топлива. Французы разрешил эту проблему в 1969 году созданием параболического зеркала высотой с восьмиэтажный дом в Одейло (Odeillo) в Пиренеях. Его северный фасад направлен к большой области солнцесборника: плоские зеркала, которые улавливают и фокусируют солнечный свет подобно медным щитам воинов Архимеда. Это огромное зеркало могло бы производить температуру 3 800°C в его центре, но только в области 50 cм2.
Энергетические башни
В начале 1980-х впервые были построены серьезные, крупные экспериментальные электростанции нового поколения, использующие высокие температуры. Некоторое из них использовали центральные энерго приемники или «энергетические башни». Например, 10 мегаваттная станция Солар Ван (Solar One) в Барстоу (Bаrstow), Калифорния - см. фото ниже. Они использует зеркальные поля (гелиостаты), которые отражают лучи Солнца на паровой котел на вершине центральной башни.
Изначально завод Барстоу использовал специальные высокотемпературные синтетические масла, чтобы нести тепло к паровому паровому котлу. В 1990-х завод был перестроен и назван Solar Two (Солар Ту), и с 1996 по 1999 год она использовала как теплоноситель расплавленную соль с температурой свыше 500°C. Это позволяет производить электричество 24-часа в сутки. Башня по другому проекту строится возле Севильи в Испании, чтобы исследовать возможность использовать супер-горячий воздух как средство передачи тепла. Воздух, нагретый до 700°C, передаст тепло от солнцесборника вверху на башне к изолированному теплосборнику, наполненному проволочными петлевыми и керамическими колбами (пеллетами), а затем к паровому котлу, чтобы поднять пар для использования в конвенциональной турбине (Osana et al., 2001).
Электростанция Барстоу с центральной башней-солнцеприемником и солнечным полем (гелиостатами).
Параболические солнечные концентрационные теплосистемы
Бóльшая часть всемирного производства солнечного тепло-электричества производится на большой солнечной энергетической станции компании Luz International (Лаз Интернешнл) в каньоне Крамера в пустыне Мохаве (Mojаve) в Калифорнии. С 1984 по 1990 год Luz International запустил девять Солнечных Электрогенерирующих Систем (СЭГС, Solar Electricity Generating Systems, SEGS) с мощностями от 13 до 80 МВт. Эти по существу усовершенственные и усиленные версии проекта Шумана 1913 года используют большие области параболических солнцесборников (см. 2 фото ниже). Каждый следующий проект компании шел по путям увеличения экономии при покупке зеркал и использовании более дешевых паровых турбин. Самый последний 80 МВт SEGS имеет площадь солнцесбора 464 000 м2.
Поля солнцесборников SEGS в Переходе Крамера в южной Калифорнии.
Поля солнцесборников SEGS - вид с воздуха.
Солнцесборники нагревают синтетическое масло до 390°C, которое затем произведет высокотемпературный пар через теплообменник. На 1 июля 1997 года VI завод SEGS достиг своего рекорда за день работы, показав в среднем 18% эффективности за день и 20% между 9 утра и 5 вечера. Это конкурентоспособно с другими коммерчески доступными фотоэлектрическими системами.
Заводы SEGS создавались, что конкурировать с окаменелым топливом для производства электричества, чтобы питать электросети в пиковое время после обеда, когда расход энергии увеличивают кондиционеры, и в течение нескольких лет эта задача была успешно достигнута. В 1992 году, когда упала цена газа, который используется для производства электроэнергии, у заводов начались финансовые трудности. Однако они продолжают действовать надежно и дешево, хотя строительство новых заводов было приостановлено.
Современный подход такой: солнечный тепловой завод нужно комбинировать с работой завода на окаменелых, ископаемых топливах и/или с некоторыми видами энергохранения, аккумулирования. Это позволило бы уменьшить риск инвестиций в паровые турбины завода, которые гарантированно импользовались бы и ночью. Также, для того, чтобы максимизировать тепловую эффективность турбины, желательно питать ее паром очень высокой температуры. Лучший способ сделать получить такую температуру - с помощью солнечных зеркал в сочетании с газовыми или работающими на угле заводами. Такой подход возможно не понравится тем, кто хотел бы использовать 100% солнечной энергии, но это улучшило бы экономические показатели системы.
Продолжение следует.
Также рекомендую: Экскурсия на ветроэлектростанцию в Калифорнии
.