Видове слънчеви електроцентрали: кула, диск, параболично-цилиндричен концентратор, слънчево-вакуум, комбинирани

За преобразуване на енергията на слънчевата радиация или с други думи — слънчева топлина и светлина, в електрическа енергия, от много години в много страни по света използват слънчеви електроцентрали. Това са инженерни конструкции с различен дизайн, работещи на различни принципи, в зависимост от вида на електроцентралата.

Ако някой, чувайки комбинацията „слънчева електроцентрала“, си представя огромна площ, покрита със слънчеви панели, това не е изненадващо, защото този тип електроцентрали, наречени фотоволтаични, е много популярен днес в много домакинства. Но това не е единственият тип слънчева електроцентрала.

Всички известни днес слънчеви електроцентрали, които произвеждат електричество в промишлен мащаб, са разделени на шест типа: кула, плоча, фотоволтаични, параболично-цилиндрични концентратори, слънчево-вакуумни и комбинирани. Нека разгледаме подробно всеки тип слънчеви електроцентрали и ще обърнем внимание на специфични структури в различни страни по света.

Кулови електроцентрали

Слънчева електроцентрала — Слънчева електроцентрала, в която радиацията от оптична концентрираща система, образувана от поле от хелиостати, се насочва към монтиран на кула приемник на слънчева енергия.

Куловите електроцентрали първоначално се основават на принципа на изпаряване на водата под въздействието на слънчевата радиация. Тук се използва водна пара като работна течност. Разположена в центъра на такава станция, кулата има резервоар за вода на върха, който е боядисан в черно за най -добро поглъщане както на видимата радиация, така и на топлината. В допълнение, кулата има помпена група, чиято функция е да доставя вода до резервоара. Steam, чиято температура надвишава 500 ° C, превръща турбинен генератор, разположен на територията на станцията.

За да се концентрира максимално възможното количество слънчева радиация в горната част на кулата, около нея са инсталирани стотици хелиостати, чиято функция е да насочват отразената слънчева радиация точно към контейнера с вода. Хелиостатите са огледала, чиято площ на всяко от тях може да достигне десетки квадратни метра.

Хелиостат [хелиостат] — Плосък или фокусиращ огледален елемент на оптична концентрираща система, имащ устройство за индивидуална ориентация за насочване на отразена директна слънчева радиация към приемник на слънчева радиация.

Монтирани върху опори, оборудвани със система за автоматично фокусиране, всички хелиостати насочват отразената слънчева радиация точно към върха на кулата, към резервоара, тъй като позиционирането работи според движението на слънцето през деня.

В най -горещия ден температурата на произведената пара може да се повиши до 700 ° C, което е повече от достатъчно за нормалната работа на турбината.

Например в Израел, на територията на пустинята Негев, до края на 2017 г. ще бъде завършено изграждането на електроцентрала с кула с мощност над 121 MW.Височината на кулата ще бъде 240 метра (най-високата слънчева кула в света по време на строителството), а около нея ще има етаж от стотици хиляди хелиостати, които ще бъдат позиционирани чрез Wi-Fi управление. Температурата на парата в резервоара ще достигне 540 ° C. Проектът за 773 милиона долара ще покрие 1% от нуждите на Израел от електроенергия.

Водата не е единственото нещо, което може да се нагрее от слънчевата радиация в кулата. Например, в Испания през 2011 г. беше пусната в експлоатация слънчевата електроцентрала Gemasolar tower, в която се нагрява охлаждаща течност на сол. Това решение направи възможно затоплянето дори през нощта.

Солта, загрята до 565 ° C, постъпва в специален резервоар, след което предава топлина към парогенератора, който върти турбината. Цялата система има номинален капацитет от 19,9 MW и е в състояние да доставя 110 GWh електроенергия (средно годишно) за захранване на мрежа от 27 500 домакинства, работещи с пълен капацитет 24 часа на ден в продължение на 9 месеца.

Лотови електроцентрали

По принцип електроцентралите от този тип са подобни на куловите, но са конструктивно различни. Той използва отделни модули, всеки от които генерира електричество. Модулът включва както отражател, така и приемник. На опората е монтиран параболичен възел от огледала, образуващи рефлектор.

Огледален усилвател — Концентратор на слънчева радиация с огледално покритие. Огледален фасетен концентратор — Огледален концентратор на слънчева радиация, състоящ се от отделни огледала с плоска или извита форма, образуващи обща отразяваща повърхност.

Приемникът е разположен във фокуса на параболоида. Отражателят се състои от десетки огледала, всяко индивидуално персонализирано. Приемникът може да бъде двигател на Стърлинг, комбиниран с генератор, или резервоар с вода, който се превръща в пара, а парата върти турбината.

Например през 2015 г. Рипасо, Швеция, тества параболичен хелотермален блок с двигател на Стърлинг в Южна Африка. Отражателят на инсталацията е параболично огледало, състоящо се от 96 части и обща площ от 104 квадратни метра.

Фокусът беше на водороден двигател на Стърлинг, оборудван с маховик и свързан с генератор. Плочата се обърна бавно, за да следва слънцето през деня. В резултат на това коефициентът на полезно действие беше 34%и всяка такава „плоча“ успя да осигури на потребителя 85 MWh електроенергия годишно.

За справедливост отбелязваме, че във фокуса на „плочата“ на слънчева електроцентрала от този тип може да бъде разположен контейнер с масло, чиято топлина може да бъде прехвърлена към парогенератора, който от своя страна, върти турбината на електрическия генератор.

Параболични тръбни слънчеви електроцентрали

Тук отново нагревателната среда се нагрява чрез концентрирана отразена радиация. Огледалото е под формата на параболичен цилиндър с дължина до 50 метра, разположен в посока север-юг и се върти след движението на слънцето. Във фокуса на огледалото е фиксирана тръба, по която се движи течният охлаждащ агент. След като охлаждащата течност се затопли достатъчно, топлината се прехвърля към водата в топлообменника, където парата отново завърта генератора.

Параболичен кориторен концентратор — Огледален концентратор на слънчева радиация, чиято форма се формира от парабола, движеща се успоредно на себе си.

През 80 -те години на миналия век в Калифорния Luz International построи 9 такива електроцентрали, с обща мощност от 354 MW. Въпреки това, след няколко години практика, експертите стигнаха до извода, че днес параболичните електроцентрали са по -ниски както по отношение на рентабилността, така и по отношение на ефективността спрямо слънчевите електроцентрали от кула и плочи.

Въпреки това през 2016 г. в пустинята Сахара, близо до Казабланка, е открита електроцентрала на слънчеви концентратори, с мощност 500 MW. Половин милион 12-метрови огледала загряват охлаждащата течност до 393 ° C, за да превърнат водата в пара за въртящи се генераторни турбини. През нощта топлинната енергия продължава да работи, като се съхранява в разтопена сол. По този начин щатът Мароко планира постепенно да реши проблема с екологично чистия източник на енергия.

Фотоволтаични електроцентрали

Станции на базата на фотоволтаични модули, слънчеви панели. Те са много популярни и разпространени в съвременния свят. Модулите, базирани на силициеви клетки, се използват широко за захранване на малки обекти, като санаториуми, частни вили и други сгради, където станция с необходимата мощност се събира от отделни части и се инсталира на покрива или върху парцел от подходяща зона. Индустриалните фотоволтаични електроцентрали са в състояние да доставят електричество на малките градове.

Слънчева електроцентрала (SES) [слънчева електроцентрала] — Електроцентрала, предназначена да преобразува енергията на слънчевата радиация в електрическа.

Например в Русия най -голямата фотоволтаична електроцентрала в страната беше пусната през 2015 г. Слънчевата електроцентрала «Александър Влажнев», състояща се от 100 000 слънчеви панели, с обща мощност 25 MW, се намира на площ от 80 хектара между градовете Орск и Гай. Капацитетът на станцията е достатъчен, за да доставя електричество на половината от град Орск, включително бизнес и жилищни сгради.

Принципът на действие на такива станции е прост. Енергията на светлинните фотони се превръща в ток в силициева пластина; вътрешният фотоелектричен ефект в този полупроводник отдавна е изследван и приет от производителите на слънчеви клетки. Но кристалният силиций, който дава ефективност от 24%, не е единственият вариант. Технологията непрекъснато се подобрява. Така че през 2013 г. инженерите на Sharp постигнаха 44,4% ефективност от елемент от индий-галий-арсенид, а използването на фокусиращи лещи прави възможно постигането на всички 46%.

Слънчеви вакуумни електроцентрали

Абсолютно екологичен тип слънчеви станции. По принцип се използва естественият въздушен поток, който възниква поради температурната разлика (въздухът на повърхността на земята се нагрява и се втурва нагоре). През далечната 1929 г. тази идея е патентована във Франция.

Изгражда се оранжерия, която представлява парче земя, покрито със стъкло. От центъра на оранжерията стърчи кула, висока тръба, в която е монтирана генераторна турбина. Слънцето загрява оранжерията, а въздухът, който се втурва нагоре през тръбата, завърта турбината. Тягата остава постоянна, докато слънцето загрява въздуха в затворен стъклен обем и дори през нощта, стига повърхността на земята да запазва топлината.

Експериментална станция от този тип е построена през 1982 г., на 150 километра южно от Мадрид, в Испания. Оранжерията беше с диаметър 244 метра, а тръбата беше с височина 195 метра. Максималната развита мощност е само 50 kW. Въпреки това, турбината работи 8 години, докато се провали поради ръжда и бурни ветрове. През 2010 г. Китай завърши изграждането на соларна вакуумна станция, която беше в състояние да осигури 200 kW. Заема площ от 277 хектара.

Комбинирани слънчеви електроцентрали

Това са станциите, където комуникациите за топла вода и отопление са свързани към топлообменници, като цяло те загряват вода за различни нужди. Комбинираните станции включват и комбинирани решения, когато концентраторите работят паралелно със слънчевите панели. Комбинираните слънчеви електроцентрали често са единственото решение за алтернативно захранване и отопление на частни къщи.