Aurinkovoimalaitostyypit: torni, kiekko, parabolisylinterinen keskitin, aurinko-tyhjiö, yhdistetty

Auringon säteilyenergian muuntamiseksi tai toisin sanoen — aurinkolämpö ja valo sähköenergiaksi, monien vuosien ajan monet maat ympäri maailmaa ovat käyttäneet aurinkovoimaloita. Nämä ovat erityyppisiä teknisiä rakenteita, jotka toimivat eri periaatteilla voimalaitoksen tyypistä riippuen.

Jos joku kuulee yhdistelmän "aurinkovoimala", kuvittelee valtavan aurinkopaneeleilla peitetyn alueen, tämä ei ole yllättävää, koska tämän tyyppiset aurinkosähkövoimalat ovat nykyään erittäin suosittuja monissa kotitalouksissa. Mutta tämä ei ole ainoa aurinkovoimalatyyppi.

Kaikki nykyään tunnetut, teollisessa mittakaavassa sähköä tuottavat aurinkovoimalat on jaettu kuuteen tyyppiin: torni-, levy-, aurinkosähkö-, parabolis-sylinterikeskittimet, aurinko-tyhjiö ja yhdistetty.Tarkastellaan yksityiskohtaisesti jokaista aurinkovoimalatyyppiä ja kiinnitetään huomiota tiettyihin rakenteisiin eri maissa ympäri maailmaa.

Tornin voimalaitokset

Aurinkovoimalaitos — Aurinkovoimalaitos, jossa heliostaattikentän muodostaman optisen keskitysjärjestelmän säteily ohjataan torniin asennettuun aurinkovastaanottimeen.

Tornivoimalat perustuivat alun perin veden haihtumisen periaatteeseen auringon säteilyn vaikutuksesta. Tässä työnesteenä käytetään vesihöyryä. Tällaisen aseman keskellä sijaitsevan tornin päällä on vesisäiliö, joka on maalattu mustaksi absorboimaan parhaiten näkyvää säteilyä ja lämpöä. Lisäksi tornissa on pumppuryhmä, jonka tehtävänä on syöttää vettä säiliöön. Höyry, jonka lämpötila ylittää 500 ° C, kääntää aseman alueella sijaitsevan turbiinigeneraattorin.

Jotta tornin huipulle voitaisiin keskittää mahdollisimman paljon auringonsäteilyä, sen ympärille on asennettu satoja heliostaatteja, joiden tehtävänä on ohjata heijastunut auringon säteily suoraan vesisäiliöön. Heliostaatit ovat peilejä, joiden pinta-ala voi olla kymmeniä neliömetriä.

Heliostaatti [heliostaatti] — Optisen keskitysjärjestelmän litteä tai fokusoiva peilielementti, jossa on yksilöllinen suuntauslaite heijastuneen suoran auringonsäteilyn ohjaamiseksi auringonsäteilyn vastaanottimeen.

Automaattisella tarkennusjärjestelmällä varustetuille tuille asennetut heliostaatit ohjaavat heijastuneen auringonsäteilyn suoraan tornin huipulle, säiliöön, koska paikannus toimii auringon päivän liikkeen mukaan.

Lämpimimpänä päivänä tuotetun höyryn lämpötila voi nousta 700 °C:seen, mikä on turbiinin normaalin toiminnan kannalta enemmän kuin tarpeeksi.

Esimerkiksi Israelissa Negevin aavikon alueelle valmistuu vuoden 2017 loppuun mennessä yli 121 MW:n tornin voimalaitos, jonka korkeus on 240 metriä. (rakennusaikana maailman korkein aurinkotorni). , ja sen ympärille tulee satojen tuhansien heliostaattien kerros, jotka sijoitetaan Wi-Fi-ohjauksella. Säiliön höyryn lämpötila nousee 540 °C:seen. 773 miljoonan dollarin projekti kattaa 1 % Israelin sähköntarpeesta.

Vesi ei ole ainoa asia, joka voidaan lämmittää auringon säteilyllä tornissa. Esimerkiksi Espanjassa vuonna 2011 otettiin käyttöön Gemasolar-tornin aurinkovoimala, jossa lämmitetään suolajäähdytysnestettä. Tämä ratkaisu mahdollisti lämmittämisen myös yöllä.

565 °C:seen kuumennettu suola menee erityiseen säiliöön, jonka jälkeen se siirtää lämpöä höyrygeneraattoriin, joka kääntää turbiinin. Koko järjestelmän nimelliskapasiteetti on 19,9 MW ja se pystyy toimittamaan 110 GWh sähköä (vuosittainen keskiarvo) 27 500 kotitalouden verkkoon, joka toimii täydellä kapasiteetilla 24 tuntia vuorokaudessa 9 kuukauden ajan.

Paljon voimalaitoksia

Periaatteessa tämän tyyppiset voimalaitokset ovat samanlaisia ​​kuin tornivoimalat, mutta rakenteellisesti erilaisia. Se käyttää erillisiä moduuleja, joista jokainen tuottaa sähköä. Moduuli sisältää sekä heijastimen että vastaanottimen. Tuen päälle on asennettu heijastimen muodostavien peilien parabolinen kokoonpano.

Mirror Amplifier — Auringonsäteilyn keskitin, jossa on peilipinnoite.Spekulaarinen fasettikeskitin — Auringon säteilyn peilikeskitin, joka koostuu yksittäisistä litteistä tai kaarevista peileistä, jotka muodostavat yhteisen heijastavan pinnan.

Vastaanotin sijaitsee paraboloidin keskipisteessä. Heijastin koostuu kymmenistä peileistä, joista jokainen on räätälöity. Vastaanotin voi olla Stirling-moottori yhdistettynä generaattoriin tai vesisäiliö, joka muunnetaan höyryksi ja höyry kääntää turbiinia.

Esimerkiksi vuonna 2015 Ripasso, Ruotsi, testasi parabolista helotermistä yksikköä Stirling-moottorilla Etelä-Afrikassa. Asennuksen heijastin on parabolinen peili, joka koostuu 96 osasta ja jonka kokonaispinta-ala on 104 neliömetriä.

Painopiste oli Stirlingin vetymoottorissa, joka oli varustettu vauhtipyörällä ja kytketty generaattoriin. Levy kääntyi hitaasti seuraamaan aurinkoa päivän aikana. Tuloksena hyötysuhde oli 34 % ja jokainen tällainen "levy" pystyi tarjoamaan käyttäjälle 85 MWh sähköä vuodessa.

Rehellisesti sanottuna huomautamme, että tämän tyyppisen aurinkovoimalan "levyn" kohdalle voidaan sijoittaa öljysäiliö, jonka lämpö voidaan siirtää höyrygeneraattoriin, joka puolestaan ​​​​pyörii sähkögeneraattorin turbiini.

Paraboliset putkiaurinkovoimalat

Tässäkin lämmitysväliainetta lämmitetään väkevällä heijastuneella säteilyllä. Peili on enintään 50 metriä pitkä parabolinen sylinteri, joka sijaitsee pohjois-etelä-suunnassa ja pyörii auringon liikkeen mukaan. Peilin keskipisteessä on kiinteä putki, jota pitkin nestemäinen jäähdytysaine liikkuu.Kun jäähdytysneste on tarpeeksi lämmin, lämpö siirtyy lämmönvaihtimessa olevaan veteen, jossa höyry kääntää generaattorin uudelleen.

Parabolic corridor -keskitin — Auringon säteilyn peilikeskittäjä, jonka muodon muodostaa itsensä suuntaisesti liikkuva paraabeli.

1980-luvulla Kaliforniassa Luz International rakensi 9 tällaista voimalaitosta, joiden kokonaiskapasiteetti oli 354 MW. Useiden vuosien harjoittelun jälkeen asiantuntijat ovat kuitenkin tulleet siihen johtopäätökseen, että paraboliset voimalaitokset ovat nykyään sekä kannattavuudeltaan että teholtaan huonompia kuin torni- ja levyaurinkovoimalat.

Kuitenkin vuonna 2016 Saharan autiomaassa lähellä Casablancaa löydettiin voimalaitos. aurinkokeskittimet, jonka kapasiteetti on 500 MW. Puoli miljoonaa 12-metristä peiliä lämmittää jäähdytysnesteen 393 °C:seen muuttaakseen veden höyryksi pyöriville generaattoriturbiineille. Yöllä lämpöenergia jatkaa toimintaansa varastoituna sulaan suolaan. Tällä tavalla Marokon osavaltio aikoo vähitellen ratkaista ympäristöystävällisen energialähteen ongelman.

Aurinkosähkövoimalaitokset

Asemat, jotka perustuvat aurinkosähkömoduuleihin, aurinkopaneeleihin. Ne ovat erittäin suosittuja ja yleisiä nykymaailmassa. Piisoluihin perustuvia moduuleja käytetään laajalti pienten kohteiden, kuten parantolioiden, yksityishuviloiden ja muiden rakennusten sähkönlähteenä, joissa vaaditun tehon omaava asema kootaan erillisistä osista ja asennetaan katolle tai sopivan alueen tontille. Teolliset aurinkosähkövoimalat pystyvät toimittamaan sähköä pienille kaupungeille.

Solar Power Plant (SES) [aurinkovoimala] — Voimalaitos, joka on suunniteltu muuntamaan auringon säteilyn energia sähköksi.

Esimerkiksi Venäjällä otettiin käyttöön maan suurin aurinkosähkövoimalaitos vuonna 2015. 100 000 aurinkopaneelista koostuva "Aleksanteri Vlazhnev" aurinkovoimala, jonka kokonaiskapasiteetti on 25 MW, sijaitsee alueella 80 hehtaaria Orskin ja Gain kaupunkien välillä. Aseman kapasiteetti riittää toimittamaan sähköä puoleen Orskin kaupungista, mukaan lukien liike- ja asuinrakennukset.

Tällaisten asemien toimintaperiaate on yksinkertainen. Valon fotonien energia muunnetaan virraksi piikiekossa; aurinkokennojen valmistajat ovat pitkään tutkineet ja hyväksyneet tämän puolijohteen luontaista valosähköistä vaikutusta. Mutta kiteinen pii, jonka hyötysuhde on 24%, ei ole ainoa vaihtoehto. Tekniikka kehittyy jatkuvasti. Joten vuonna 2013 Sharpin insinöörit saavuttivat 44,4 %:n tehokkuuden indium-gallium-arsenidielementillä, ja tarkennuslinssien käyttö mahdollistaa kaikkien 46 %:n saavuttamisen.

Aurinkoenergian tyhjiövoimalat

Ehdottomasti ekologiset aurinkovoimalat. Periaatteessa käytetään luonnollista ilmavirtaa, joka johtuu lämpötilaerosta (maanpinnan ilma lämpenee ja ryntää ylöspäin). Tämä idea patentoitiin Ranskassa vuonna 1929.

Rakennuksessa on kasvihuone, joka on lasilla peitetty tontti. Kasvihuoneen keskeltä työntyy torni, korkea putki, johon on asennettu generaattoriturbiini. Aurinko lämmittää kasvihuonetta ja putkesta ylös nouseva ilma kääntää turbiinin.Veto pysyy vakiona niin kauan kuin aurinko lämmittää ilmaa suljetussa lasitilavuudessa ja jopa yöllä niin kauan kuin maan pinta säilyttää lämpöä.

Tämäntyyppinen koeasema rakennettiin vuonna 1982 150 kilometriä Madridista etelään Espanjaan. Kasvihuoneen halkaisija oli 244 metriä ja putken korkeus 195 metriä. Suurin kehitetty teho on vain 50 kW. Turbiini kuitenkin käytti 8 vuotta, kunnes se epäonnistui ruosteen ja kovan tuulen vuoksi. Vuonna 2010 Kiina sai päätökseen aurinkotyhjiöaseman rakentamisen, joka pystyi tuottamaan 200 kW. Sen pinta-ala on 277 hehtaaria.

Yhdistetyt aurinkovoimalat

Nämä ovat asemia, joissa lämminvesi- ja lämmitysviestintä on kytketty lämmönvaihtimiin, yleensä ne lämmittävät vettä eri tarpeisiin. Yhdistelmäasemilla on myös yhdistelmäratkaisuja, kun keskittimet toimivat rinnakkain aurinkopaneelien kanssa. Yhdistetyt aurinkovoimalat ovat usein ainoa ratkaisu vaihtoehtoiseen sähköntuotantoon ja omakotitalojen lämmitykseen.