Характеристики и сфера применения солнечных электростанций

Содержание

Автономная солнечная электростанция

Учеными было установлено, что объем солнечной энергии, поступающей на поверхность нашей планеты, на протяжении одной только недели превышает объем энергии, который можно получить из всех мировых запасов нефти, газа, каменного угля и урана вместе взятых. В настоящее время солнечная энергия может аккумулироваться различными способами.

Например, с помощью специальных параболических концентраторов, солнечных параболических зеркал и гелиоэнергетических установок башенного типа, которые используются для как обеспечения электроэнергией различных объектов, в том числе можно использовать и для дачи. Для загородных домов также часто используются портативные солнечные электростанции.

Данное оборудование возможно комбинировать с установками, сжигающими природное топливо, а также адаптировать для осуществления аккумуляции тепла. В качестве основного преимущества технологии гибридизации и теплоаккумуляции можно считать обеспечение диспетчеризации процесса производства электроэнергии, подразумевающее производство электроэнергии непосредственно в периоды, когда в ней есть необходимость. Тем самым технология гибридизации и аккумулирования тепла обеспечивает существенное повышение экономической ценности вырабатываемой электроэнергии, что обеспечивает существенное снижение его средней стоимости.

Солнечные параболические концентраторы

Солнечная электростанция (и в частности солнечные параболические концентраторы) функционирует посредством специальных параболических зеркал–лотков, обеспечивающих концентрацию солнечного света на специальных содержащих жидкость – теплоноситель приемных трубках. Данная жидкость – теплоноситель нагревается до +4000С с последующим прокачиванием через ряд теплообменников, обеспечивающих выработку перегретого пара, в свою очередь приводящего в действие обычный турбогенератор, также вырабатывающий электроэнергию. Для снижения уровня тепловых потерь приемная трубка оснащается специальной прозрачной стеклянной трубкой, располагающейся вдоль фокусной линии цилиндра. В большинстве случаев солнечные параболические концентраторы оснащаются одноосными или двухосными системами слежения за положением Солнца, а в некоторых случая представляют собой стационарные устройства.

Автономная солнечная электростанция портативнаяВ настоящее время крупнейшее предприятие по производству солнечной тепловой энергии представляют собой построенные в 80 годы прошлого столетия фирмой «Luz International» в южно-калифорнийской пустыне 9 подобных электросистем, обеспечивающих подачу электрической энергии в коммунальную электросеть Южной Калифорнии. Кроме того, в 1984 году той же фирмой «Luz International» в Деггерте штат Южная Калифорния велось строительство солнечной электростанции «Solar Electric Generating System I» – SEGS I, обеспечивающая производство электроэнергии мощностью 13,8мегаватт, посредством нагрева масла в трубках до температуры +3430С с последующей выработкой пара, обеспечивающего функционирование турбогенератора и, соответственно, производства электроэнергии.

Конструктивно, солнечная электростанция «Solar Electric Generating System I» предусматривала аккумулирование солнечного тепла на протяжении 6 часов, также имея в своем устройстве специальные печи, функционирующие на природном газе и обеспечивающие производство электроэнергии в случае отсутствия или нехватки солнечного света для эффективной выработки электроэнергии. Впоследствии фирма «Luz International» создала аналогичные автономные солнечные электростанции 2-го и 4-го поколения под брендом SEGS II – VII с уровнем мощности по 30МВт каждая. В 9-е годы прошедшего столетия также фирма запустила в эксплуатацию в городе Харпер Лейк две аналогичные солнечные электростанции SEGS VIII и IX с уровнем мощности вырабатываемой электроэнергии уже 80МВт каждая. Компания также производит готовые солнечные электростанции, которые вы можете приобрести для своего предприятия.

Солнечные параболические концентраторы, солнечные электростанции

Солнечные параболические концентраторы характеризуются более высокой стоимостью в отличие от солнечных электростанций башенного типа и тарельчатого типа, что в большей мере обусловливается более низким уровнем концентрации солнечного света, а, соответственно, и более низкими температурами и эффективностью производства. Однако ситуация может измениться кардинальным образом в случае накопления опыта эксплуатации параболических концентраторов с усовершенствованием технологии и снижением уровня эксплуатационных расходов, тем самым делая данные устройства наименее дорогостоящими и максимально надежными для применения в ближайшем будущем.

Солнечная установка тарельчатого типа

Солнечная электростанция данного типа конструктивно состоит из батареи параболических тарелочных зеркал, по форме аналогичных спутниковым тарелкам, обеспечивающих фокусирование солнечного света в специальные приемники. Эти приемники расположены в фокусной точке каждой тарелки. Вследствие чего жидкость в приемнике нагревается примерно до температуры в +1000С и впоследствии используется для выработки электроэнергии посредством небольшого двигателя и генератора конструктивно соединенного с приемником. В настоящее время в солнечных электростанциях тарельчатого типа используются силовые агрегаты Стирлинга и Брайтона.

Опытные образцы данных энергосистем мощностью от 7 до 25 кВт успешно функционируют в США, при этом характеризуясь высокой оптической эффективностью и небольшими начальными затратами, делающими данные системы зеркал–двигателей максимально эффективными среди всех существующих гелиотехнологий. Солнечной электростанции тарелочного типа, которая состоит из двигателя Стирлинга и параболического зеркала, принадлежит мировой рекорд эффективности трансформации солнечной энергии в электрическую с рекордом практического КПД в 29% установленного в 1984 году на ранчо Мираж, расположенного в штате Калифорния.

Кроме того, за счет модульного проектирования электростанция на солнечных батареях тарельчатого типа является оптимальным вариантом для использования в качестве источника электроэнергии для потребителей автономного характера, причем в киловаттном диапазоне, а также для гибридных источников в мегаваттном диапазоне, конструктивно соединенных с электросетями коммунальных предприятий.

Данная хорошо зарекомендовавшая себя технология более чем успешно используется в целом ряде проектов, и в частности в проекте проект STEP – Solar Total Energy Project, реализованном в штате Джорджия США. Данный проект, проводимый в городе Шенандоа с 1982 по 1989 год, конструктивно включал в себя систему параболических зеркал, состоящую из 114 зеркал, каждое высотой в 7м, обеспечивающих производство пара высокого давления для выработки электроэнергии, а также пара среднего давления для нужд трикотажного производства. И пара низкого давления для энергозапитки системы кондиционирования воздуха, установленной на той же трикотажной фабрике.

Впоследствии совместной эксплуатацией двигателей Стирлинга и параболических зеркал заинтересовались остальные корпорации. В результате чего компании «Stirling Thermal Motors», «Stirling Technology» и «Detroit Diesel» в содружестве с корпорацией «Science Applications International Corporation» организовали совместное производство с уставным фондом в 36 миллионов долларов, ставящей перед собой основную задачу в разработке 25 киловаттной системы, функционирующей на базе двигателя Стирлинга.

Солнечные электростанции башенного типа (с центральным приемником)

Солнечные электростанции башенного типаСолнечная электростанция данного типа конструктивно функционирует посредством вращающегося поля отражателей–гелиостатов, обеспечивающих фокусирование солнечного света на установленный наверху башни центральный приемник, поглощающий тепловую энергию и тем самым приводящий в действие турбогенератор. За счет управляемой компьютером двухосной системы слежения гелиостаты устанавливаются с расчетом, чтобы отражающиеся с их поверхности солнечные лучи были неподвижными и всегда падали на приемник. Нагретая и циркулирующая в приемнике жидкость температурой от +5380С до +14820С передает тепло в виде пара тепловому аккумулятору, а также вращает турбину, тем самым обеспечивая производство электроэнергии, или используется непосредственно в промышленных процессах.

Первой успешной демонстрацией применения данной технологии для производства электроэнергии стала расположенная близ города Барстоу первая башенная солнечная электростанция под названием «Solar One», успешно функционировавшая в середине 80х годов прошлого столетия посредством водно–паровой системы мощностью 10МВт. Впоследствии в 1992 году консорциумом энергетических компаний США было принято решение относительно модернизации башенной электростанции «Solar One» с целью демонстрации общественности приемника на расплавленных солях и теплоаккумулирующей системы. На сегодняшний момент это самая крупная солнечная электростанция. За счет аккумулирования тепла башенные электростанции стали уникальной гелиотехнологией, обеспечивающей диспетчеризацию электроэнергии при коэффициенте нагрузок до 65%.

В данной системе расплавленная соль закачивается при температуре +2880С с их «холодного» бака, при переходе через приемник нагревается до температуры +5650С и возвращается в «горячий» бак. Тем самым предоставляя возможность применения горячей соли для выработки электроэнергии в зависимости от необходимости. В инновационных модификациях данных устройств тепло может храниться от 3 до 13 часов.

Солнечная электростанция башенного типа «Solar Two» обеспечивает выработку электроэнергии мощностью 10МВт и является прототипом крупных промышленных электростанций, обеспечивающих сохранение солнечного тепла в расплавленной соли при температуре +5500С, тем самым могущих производить электроэнергию в любое время суток и вне зависимости от погодных условий.