Typer av solkraftverk: torn, skiva, parabolisk-cylindrisk koncentrator, sol-vakuum, kombinerad

Att omvandla solstrålningsenergi eller med andra ord — solvärme och ljus, till elektrisk energi, under många år har många länder runt om i världen använt solkraftverk. Det här är ingenjörskonstruktioner med olika design, som arbetar efter olika principer, beroende på typ av kraftverk.

Om någon, som hör kombinationen "solkraftverk", föreställer sig ett enormt område täckt med solpaneler, är detta inte förvånande, eftersom denna typ av kraftverk, som kallas solcellsanläggningar, är mycket populär idag i många hushåll. Men detta är inte den enda typen av solkraftverk.

Alla solkraftverk som är kända idag och som producerar elektricitet i industriell skala är indelade i sex typer: torn, plattor, solceller, paraboliska-cylindriska koncentratorer, sol-vakuum och kombinerade.Låt oss ta en detaljerad titt på varje typ av solkraftverk och uppmärksamma specifika strukturer i olika länder runt om i världen.

Tornkraftverk

Solkraftverk — Ett solkraftverk där strålning från ett optiskt koncentreringssystem bildat av ett fält av heliostater riktas till en tornmonterad solcellsmottagare.

Tornkraftverk baserades ursprungligen på principen om vattenavdunstning under påverkan av solstrålning. Här används vattenånga som arbetsvätska. Beläget i mitten av en sådan station har tornet en vattentank ovanpå som är svartmålad för att bäst absorbera både synlig strålning och värme. Dessutom har tornet en pumpgrupp vars funktion är att tillföra vatten till magasinet. Ånga, vars temperatur överstiger 500 ° C, gör en turbingenerator belägen på stationens territorium.

För att koncentrera maximalt möjliga mängd solstrålning i toppen av tornet installeras hundratals heliostater runt det, vars funktion är att rikta den reflekterade solstrålningen direkt till vattenbehållaren. Heliostater är speglar, vars yta kan nå tiotals kvadratmeter.

Heliostat [heliostat] — Ett platt eller fokuserande spegelelement i ett optiskt koncentreringssystem med en individuell orienteringsanordning för att rikta reflekterad direkt solstrålning till en solstrålningsmottagare.

Monterade på stöd utrustade med ett automatiskt fokuseringssystem riktar alla heliostater den reflekterade solstrålningen direkt till toppen av tornet, till tanken, eftersom positioneringen fungerar efter solens rörelse under dagen.

Den varmaste dagen kan temperaturen på den producerade ångan stiga till 700 °C, vilket är mer än tillräckligt för turbinens normala drift.

Till exempel, i Israel, på territoriet i Negev-öknen, kommer byggandet av ett kraftverk med ett torn med en kapacitet på mer än 121 MW att slutföras i slutet av 2017. Tornets höjd kommer att vara 240 meter (det högsta soltornet i världen vid tidpunkten för byggandet). , och runt det kommer att finnas en våning med hundratusentals heliostater som kommer att placeras via Wi-Fi-kontroll. Ångtemperaturen i tanken kommer att nå 540 ° C. Projektet på 773 miljoner dollar kommer att täcka 1 % av Israels elbehov.

Vatten är inte det enda som kan värmas upp av solstrålning i tornet. Till exempel, i Spanien, 2011, togs Gemasolar-tornets solkraftverk i drift, där ett saltkylmedel värms upp. Denna lösning gjorde det möjligt att värma även på natten.

Saltet, uppvärmt till 565 ° C, går in i en speciell tank, varefter det överför värme till ånggeneratorn, som vrider turbinen. Hela systemet har en nominell kapacitet på 19,9 MW och kan leverera 110 GWh el (årsgenomsnitt) för att driva ett nätverk av 27 500 hushåll som arbetar med full kapacitet 24 timmar om dygnet i 9 månader.

Mycket kraftverk

Kraftverk av denna typ liknar i princip tornverk, men är strukturellt olika. Den använder separata moduler, som var och en genererar el. Modulen innehåller både en reflektor och en mottagare. En parabolisk sammansättning av speglar som bildar en reflektor är monterad på stödet.

Mirror Amplifier — En solstrålningskoncentrator med en spegelbeläggning.Spegelfacetterad koncentrator — En spegelkoncentrator av solstrålning som består av individuella speglar med platt eller krökt form som bildar en gemensam reflekterande yta.

Mottagaren är placerad i paraboloidens fokus. Reflektorn består av dussintals speglar, var och en individuellt anpassad. Mottagaren kan vara en Stirlingmotor kombinerad med en generator, eller en tank med vatten som omvandlas till ånga, och ångan vänder turbinen.

Till exempel, 2015, testade Ripasso, Sverige, en parabolisk heltermisk enhet med en Stirling-motor i Sydafrika. Reflektorn för installationen är en parabolisk spegel som består av 96 delar och en total yta på 104 kvadratmeter.

Fokus låg på en Stirling vätgasmotor utrustad med svänghjul och kopplad till en generator. Plattan vände sig långsamt för att följa solen under dagen. Som ett resultat var effektivitetsfaktorn 34 %, och varje sådan "platta" kunde förse användaren med 85 MWh el per år.

I rättvisans namn noterar vi att i fokus för "plattan" i ett solkraftverk av denna typ, kan en behållare med olja placeras, vars värme kan överföras till ånggeneratorn, som i sin tur roterar den elektriska generatorns turbin.

Parabolrör solkraftverk

Även här värms värmemediet upp av koncentrerad reflekterad strålning. Spegeln är i form av en parabolcylinder upp till 50 meter lång, placerad i nord-sydlig riktning och roterar efter solens rörelse. I spegelns fokus finns ett fast rör längs vilket det flytande kylmedlet rör sig.När kylvätskan är tillräckligt varm överförs värmen till vattnet i värmeväxlaren, där ångan vänder generatorn igen.

Parabolic corridor concentrator — En spegelkoncentrator av solstrålning, vars form bildas av en parabel som rör sig parallellt med sig själv.

På 1980-talet i Kalifornien byggde Luz International 9 sådana kraftverk, med en total kapacitet på 354 MW. Men efter flera års praxis har experter kommit till slutsatsen att idag är parabolkraftverk sämre både vad gäller lönsamhet och effektivitet jämfört med solkraftverk med hög konstruktion.

Men 2016 upptäcktes ett kraftverk i Saharaöknen nära Casablanca. solkoncentratorer, med en kapacitet på 500 MW. En halv miljon 12-metersspeglar värmer kylvätskan till 393 ° C för att omvandla vatten till ånga för snurrande generatorturbiner. På natten fortsätter den termiska energin att fungera genom att den lagras i smält salt. På så sätt planerar staten Marocko att gradvis lösa problemet med en miljövänlig energikälla.

Solcellsanläggningar

Stationer baserade på solcellsmoduler, solpaneler. De är mycket populära och utbredda i den moderna världen. Moduler baserade på kiselceller används i stor utsträckning för att driva små platser, såsom sanatorier, privata villor och andra byggnader, där en station med den kraft som krävs är sammansatt av separata delar och installerad på taket eller på en tomt på ett lämpligt område. Industriella fotovoltaiska kraftverk kan leverera el till små städer.

Solar Power Plant (SES) [solkraftverk] — Ett kraftverk utformat för att omvandla energin från solstrålning till elektricitet.

Till exempel, i Ryssland, lanserades det största solcellskraftverket i landet 2015. Solkraftverket "Alexander Vlazhnev", bestående av 100 000 solpaneler, med en total kapacitet på 25 MW, ligger på ett område med 80 hektar mellan städerna Orsk och Gai. Stationens kapacitet är tillräcklig för att leverera el till hälften av staden Orsk, inklusive affärs- och bostadshus.

Principen för driften av sådana stationer är enkel. Energin hos ljusfotoner omvandlas till ström i en kiselskiva; den inneboende fotoelektriska effekten i denna halvledare har länge studerats och accepterats av solcellstillverkare. Men kristallint kisel, som ger en verkningsgrad på 24 %, är inte det enda alternativet. Tekniken förbättras ständigt. Så 2013 uppnådde Sharps ingenjörer 44,4 % effektivitet från ett indium-gallium-arsenidelement, och användningen av fokuseringslinser gör det möjligt att uppnå alla 46 %.

Solar vakuumkraftverk

Absolut ekologisk typ av solstationer. I princip används det naturliga luftflödet, vilket uppstår på grund av temperaturskillnaden (luften på jordens yta värms upp och rusar uppåt). Redan 1929 patenterades denna idé i Frankrike.

Ett växthus byggs som är en bit mark täckt med glas. Från mitten av växthuset sticker ut ett torn, ett högt rör i vilket en generatorturbin är monterad. Solen värmer växthuset och luften som rusar upp genom röret vänder turbinen.Draget förblir konstant så länge som solen värmer luften i en sluten glasvolym och även på natten så länge som jordens yta håller värmen.

En experimentstation av denna typ byggdes 1982, 150 kilometer söder om Madrid, i Spanien. Växthuset var 244 meter i diameter och röret var 195 meter högt. Den maximalt utvecklade effekten är endast 50 kW. Turbinen gick dock i 8 år tills den misslyckades på grund av rost och kraftiga vindar. 2010 slutförde Kina byggandet av en solcellsvakuumstation som kunde ge 200 kW. Det upptar en yta på 277 hektar.

Kombinerade solkraftverk

Det är de stationer där varmvatten och värmekommunikation är ansluten till värmeväxlare, i allmänhet värmer de vatten för olika behov. Kombinerade stationer omfattar även kombinerade lösningar när anrikningsverken arbetar parallellt med solfångarna. Kombinerade solkraftverk är ofta den enda lösningen för alternativ strömförsörjning och uppvärmning av privata hus.