Ветро гелио установка башенного типа аэростатический эффект: Ветро гелио установка башенного типа аэростатический эффект – Гибридная ветро-солнечная электростанция — «Гелио-Крым»

Содержание

Ветро-солнечная установка AeroGreen®

Ветро-солнечная установка AeroGreen.

 

 

Ветро-солнечная установка AeroGreen эффективнее традиционных ветрогенераторов в 2 раза. Установка AeroGreen за счет использования турбинных технологий и оригинальной конструкции позволяет увеличить коэффициент использования воздушного потока не менее чем в 2 раза относительно ветроэнергетических станций, установок трехлопастной схемы. Полная работоспособность сохраняется в условиях ураганного ветра, града, снегопада и дождя.

 

Описание

Преимущества

Особенности конструкции

Варианты ветро-солнечной установки

 

Описание:

Ветро-солнечная установка AeroGreen имеет конструкцию, которая позволяет использовать не только энергию ветра, но и солнечное излучение.

В основе конструкции ветроустановки заложен турбинный принцип. Использование в конструкции аэродинамической турбины в ветро-солнечных установках позволяет ветроустановке работать в широком скоростном диапазоне ветров от 1 до 50 м/с.

Ветро-солнечная установка AeroGreen®

Ветро-солнечная установка AeroGreen эффективнее традиционных ветрогенераторов в 2 раза. Установка AeroGreen за счет использования турбинных технологий и оригинальной конструкции позволяет увеличить коэффициент использования воздушного потока не менее чем в 2 раза относительно ветроэнергетических станций, установок трехлопастной схемы. Полная работоспособность сохраняется в условиях ураганного ветра, града, снегопада и дождя.

Ветро-солнечная установка не требует ориентации на ветер, выполнена по современным турбинным технологиям из легких полимерных материалов, работающая в широком скоростном диапазоне ветров от 1 до 50 м/с.

Ветро-солнечная установка AeroGreen®

В отсутствии ветра выработка электроэнергии осуществляется от солнечного излучения за счет солнечных батарей (элементов), размещенных на верхнем обтекателе.

 

Преимущества:

– при сопоставимой с традиционными установками цене изготовления, эффективность использования ветра в 2 раза выше, чем у аналогичных традиционных конструкций,

отсутствие ориентации. В отличие от традиционных установок AeroGreen не нуждаются в ориентации на ветер,

– ветро-солнечная установка имеет низкий уровень шума. Отсутствие инфразвуковых колебаний делает продукцию AeroGreen практически бесшумной,

защита от непогоды. Устойчивая работа AeroGreen при эксплуатации в условиях снегопада, дождя, града,

– высокая эффективность. Аэродинамическая турбина AeroGreen может работать в широком скоростном диапазоне,

ветро-солнечная установка имеет низкую скорость страгивания (от 1 м/с),

– при отрицательных температурах благодаря закрытой конструкции отсутствует обледенение при эксплуатации в условиях снегопада, мокрого снега,

при ураганных ветрах у установки AeroGreen наблюдается повышение эффективности, в то время, когда традиционные конструкции либо «складываются» и перестают работать, во избежание разлома всей конструкции, либо используют специальные дорогостоящие системы торможения,

– особенности конструкции позволяют практически полностью избавится от шумов, благодаря использованию высокооборотистой турбины (шум при работе характерен для лопастных ветроустановок),

конструкция AeroGreen достаточно проста в исполнении, так как при её разработке использовались уже существующие технологии и конструкции в области авиационной и машиностроительной промышленности, а также 60% конструкции может быть изготовлено из бытовых отходов,

– в отсутствии ветра выработка электроэнергии осуществляется от солнечного излучения.

 

Особенности конструкции:

Ветро-солнечная установка состоит из верхнего обтекателя, электрогенератора, кольцевого обтекателя, аэродинамической турбины.

Верхний обтекатель с гибкими солнечными батареями (элементами) предназначен для защиты аэродинамической турбины от неблагоприятных атмосферных воздействий и создания зоны разрежения для организации направленного движения воздушного потока. Гибкие фотоэлементы позволяют преобразовать солнечную энергию в электричество.

Электрогенератор на постоянных магнитах предназначен для высокоэффективного преобразования крутящего момента, создаваемого аэродинамической турбиной в электрическую энергию.

Кольцевой обтекатель и корпус с направляющими плоскостями предназначен для защиты аэродинамической турбины от неблагоприятных атмосферных воздействий и обеспечения ускорения и организации разнонаправленного порывистого ветра для устойчивой работы ветроколеса.

Аэродинамическая турбина состоит из двух многолопастных ветроколес, одно из которых неподвижно и предназначено для направления воздушного потока, выполненных по схеме осевой турбины современного авиадвигателя из легких композитных материалов для преобразования воздушного потока в крутящий момент.

 

Варианты ветро-солнечной установки:

ветро-солнечные установки малой мощности. До 200 ватт. Для установки на катерах, яхтах и катамаранах,

ветро-солнечные установки средней мощности. До 10 киловатт. Для индивидуального энергообеспечения отдаленных жилых и промышленных объектов, а также в труднодоступных местах и горных районах,

ветро-солнечные установки мегаваттного класса. Свыше 1 мегаватта. Для прибрежных оффшорных электростанций и ветропарков большой мощности,

применение турбинных технологий для производства электроэнергии от встречных воздушных потоков на различных транспортных средствах.

 

Примечание: описание технологии на примере ветро-солнечной установки AeroGreen.

 

Ветро-солнечная установка AeroGreen®Ветро-солнечная установка AeroGreen®Ветро-солнечная установка AeroGreen®

Ветро-солнечная установка AeroGreen®

карта сайта

валерий викторович перевалов ветро солнечные установки
ветро солнечная осветительная установка
ветро солнечные установки
ветросолнечная установка
ветросолнечные установки для дома

 

Коэффициент востребованности 2 496

Аэродинамическая гелиостанция

 

Сущность изобретения: для расширения функциональных возможностей станции за счет отбора мощности у воздушного потока, получения и сбора влаги, а затем энергии падающей воды на гидрогенераторе станция содержит тяговую башню 1 с воздухозаборниками 2. В вершине башни установлены турбогенератор 3 и уловитель влаги 4, а также емкость 5 для сбора воды (конденсата), связанная системой трубопроводов 6 с гидрогенератором 7, размещенным у основания башни. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к гелиотехнике в частности к аэродинамическим гелиостанциям, предназначенным для преобразования солнечной энергии в энергию ветра, а затем в механическую и электрическую.

Данная станция может быть использована для получения электрической энергии, данная установка является источником пресной воды (конденсата), потенциальная энергия которой может использоваться для вырабатывания электроэнергии на гидрогенераторе. Известна ветроаэростатная установка башенного типа, установленная в зоне ветров. Установка содержит воздуховод на неподвижном основании, подпорно-вытяжную трубу и ветроколесо. Воздушные потоки через воздуховод попадают на лопасти рабочего колеса и выходят в подпорно-вытяжную трубу, создавая таким образом дополнительную подъемную силу, при этом одновременно конденсируется влага на холодных стенках воздуховода. Влага собирается в нижней части установки. Недостатком данной установки является низкий КПД энергетической установки и слабая конденсация влаги. Известна аэродинамическая гелиостанция, выбранная за прототип, в которой тяговая башня выполнена в виде каркаса и закрепленного на нем пленочного материала. У основания башни размещен пленочный прозрачный свод. В башне размещен турбогенератор и система водорода (коллектор, трубопроводы, сосуды). Недостатком прототипа является сложная конструкция рефлекторных концентраторов, сложная тепловая система аккумуляции энергии, невысокий КПД установки. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение КПД станции. Поставленная цель достигается благодаря тому, что гелиостанция снабжена гидрогенератором, установленным у основания башни и связанным трубопроводами с емкостью для воды, и уловителем влаги, причем последние расположены в вершине башни. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что отличительными признаками предлагаемой гелиостанции является установка у основания башни гидрогенератора, связанного трубопроводами с емкостью для воды, а также уловителя влаги, выполненного в виде ребристого лабиринта и установленного над турбогенератором в вершине башни. Эти признаки соответствуют критерию «Существенные отличия». На чертеже показана конструктивная схема аэродинамической гелиостанции. Станция содержит тяговую башню 1 с воздухозаборниками 2 у основания. Стенки башни выполнены из теплоизоляционного материала. В вершине башни установлен турбогенератор 3 для отбора мощности и поднимающегося по стволу башни потока воздуха. Над турбогенератором установлен уловитель влаги 4, выполненный в виде ребристого лабиринта и установленный под углом к вертикальной оси турбогенератора. Емкость 5 для сбора воды (конденсата), расположенная на вершине башни, связана системой трубопроводов 6 с гидрогенератором 7, размещенным у основания башни. У основания башни расположено пленочное оптически прозрачное покрытие 8. Аэродинамическая гелиостанция работает следующим образом. Солнечные лучи нагревают воздух под прозрачным покрытием 8. Нагретый воздух от периферии движется к воздухозаборникам 2 башни 1. Это движение вызвано естественной тягой, которая создается в башне за счет аэростатической подъемной силы. Под покрытием воздух, перемещаясь, вбирает в себя влагу. Атмосферный воздух даже в пустыни содержит 2-4% водяного пара. Поднимаясь в башне, поток воздуха, кроме вертикальной составляющей скорости, за счет кореолисова ускорения приобретает окружную составляющую скорости. Соответствующий спрямляющий аппарат (не показан) турбины позволяет рационально использовать и эту составляющую скорости. Расширяясь на лопатках турбины, воздух охлаждается и тормозится, отдавая свою энергию турбогенератору 3, а далее в зоне ребристого лабиринта (холодильника) будет происходить интенсивная конденсация влаги, которая и наполнит емкость 5. Конденсат из емкости 5 по трубопроводам 6 высокого давления подается на гидрогенератор 7, давление которого соответствует давлению столба воды, которое определяется высотой башни. Потенциальная энергия конденсат отрабатывается на гидрогенераторе 7. Изобретение позволяет упростить конструкцию гелиостанции и повысить ее КПД путем отбора мощности у воздушного потока, а затем энергия падающей воды на гидрогенераторе. Расчеты показывают, что для строительства станции мощностью 10
9
Вт при высоте башни 2000 м нужно иметь башню с площадью поперечного сечения 2,5х104 м2. Диаметр внутреннего канала башни при этом должен быть приблизительно 90 м. При конденсации 2% влаги из воздуха дебит конденсата равен 44х103 кг/с. Коэффициент использования солнечной энергии такой станции может составить приблизительно 9% .

Формула изобретения

1. АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ГЕЛИОСТАНЦИЯ, содержащая тяговую башню с воздухозаборниками у основания и турбогенератором в вершине и емкость для воды с трубопроводами, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, гелиостанция содержит размещенный у основания башни гидрогенератор, связанный трубопроводами с емкостью для воды, размещенную в вершине башни и снабженную уловителем влаги. 2. Гелиостанция по п. 1, отличающаяся тем, что уловитель влаги выполнен в виде ребристого лабиринта, установленного над турбогенератором с наклоном ребер в сторону емкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Гибридные гелио-ветроэнергетические системы

Одним из главных недостатков возобновляемых источников энергии, в частности солнечной и ветровой, является неравномерность и определенная непредвиденность их временного распределения. На практике эта проблема решается несколькими путями.

 

 

Во-первых, это подключение к общей электрической сети. Во время работы энергетической установки используется ее собственная производимая энергия, во время ее простоя потребляемая энергия из сети. Кроме того, когда энергетическая установка вырабатывает энергию, но потребности в ее использовании на месте нет, энергию можно подавать к электрической сети. Такие способы использования солнечных и ветровых установок достаточно распространенными в странах Западной Европы.

 

Во-вторых, проблема может решаться установкой мощных аккумуляторных батарей, используемых с ветровыми или солнечными установками малой мощности. Здесь проблемой является высокая стоимость таких аккумуляторов.

 

В-третьих, неравномерность временного распределения природной энергии может преодолеваться использованием гибридных систем, состоящих из различных типов установок альтернативной энергетики. Дальнейшем сосредоточимся именно на этой возможности как таковой, что наиболее экономная по капиталоемкости альтернативных источников энергии и одновременно достаточно гибкая по использованию природных ресурсов.

 

В последнее время получают широкое использование именно такие гибридные системы, в состав которых входят солнечные и ветровые установки, а также аккумуляторные батареи. Использование таких систем имеет значительные климатические предпосылки для умеренно-континентальных областях земного шара, где циркуляция атмосферы осуществляется в виде циклонной и антициклонической деятельности. Последние создают климатические предпосылки для антисимметрии динамики ГЭР и ВЭР в течение года.

 

Для характеристики пространственно-временного распределения производительности гибридных систем по территории Украины было проведено расчеты суммарного выработки энергии эталонной гибридной системой, главными составляющими которой являются солнечные батареи установленной мощностью 1500 Вт и ветроустановка установленной мощностью 750 Вт, т.е. с соотношением установленных мощностей 2/1 соответственно.

 

Так, по отмеченной методике был составлен комплексную карту пространственно-временного распределения производительности гибридной системы (ПГС) по физико-географическими областями равнинной территории страны (рис. 3.6). Годовая производительность эталонной гелио-витроенер-гетичнои гибридной системы в целом существенно, вдвое увеличивается с северо-запада, где составляет около 2000 кВт  ч, на юго-восток, где достигает до 3600 кВт  ч. Такое значительное увеличение ПХГ определяется в основном резким ростом показателей ВЭР в этом направлении и в значительно меньшей степени ростом ГЭР, хотя последнее тоже имеет место.

 

Наименьшие значения летнего ПХГ — до 2000 кВт  ч — характерные для физико-географических областей, из-за значительной лесистое-мость или особенности гипсометрической строения имеют наименьшую производительность ВЭУ: Киевское, Новгород-Северское и Малое Полесье, Приднепровско-Восточно-Подольский и Северо- Полтавский равнинный лесостепь.

 

Для большей части территории страны характерны низкие значения ПГС — от 2000 кВт  ч до 2400 кВт  ч. К этой территории относятся большинство физико-географических областей Полесья, Западно-Украинского края и лесостепной зоны, кроме Восточноукраинского лесостепного края. Для последнего значения годовой ПХГ составляют — 2400-2600 кВт  ч, что вызвано увеличением ВЭР территории находится на отрогах Среднерусской возвышенности. Аналогичными значениями характеризуется большая часть Пивничностеповои и Середньостеповои подзоны. Максимальные значения ПГС присущи Приазовской низменной области (3500 кВт  ч) Левобережно Днепровско-Приазовского север-ностепового края, также обусловлено максимальным ростом здесь производительности ВЭУ.

 

Высокие значения (более 3000 кВт  ч) имеют области Юго-ностеповои подзоны через сочетание здесь высоких показателей ГЭР со значительными ВЭР.

 

На картодиаграмах выработки энергии гибридной системой по месяцам можно увидеть некоторое возможное выравнивание месячных сумм выработки энергии за счет комплексного использования ГЭР и ВЭР: в течение зимних месяцев наибольший вклад в ПХГ вносят ВЭР, в летние месяцы — ГЭР.

 

Однако существуют пространственные особенности динамики ПГС по месяцам. Так, наименьшими амплитудами месячных сумм ПГС характеризуются Харьковский и Сумской возвышенный лесостепь, а также Юго-Полтавский равнинный лесостепь, что объясняется опти-мальнистю соотношение установленных мощностей солнечной и ветровой установок, которое добиралось именно для этих природных условий. Это также свидетельствует о различии динамики ПГС для различных физико-географических областей Украины и необходимость выбора своего оптимального соотношения установленных мощностей для каждой физико-географической области.

 

Для большинства территории северо-западной части страны требуется увеличение относительной доли установленных мощностей ветроустановок, а для некоторых южных областей можно увеличить относительную долю установленных мощностей солнечных батарей.

 

Таким образом, с помощью совместного использования солнечных и ветровых ресурсов в гибридных энергетических системах можно достичь более стабильного энергообеспечения, чем отдельным использованием каждого из этих ресурсов.


аэродинамическая гелиостанция — патент РФ 2013655

Сущность изобретения: для расширения функциональных возможностей станции за счет отбора мощности у воздушного потока, получения и сбора влаги, а затем энергии падающей воды на гидрогенераторе станция содержит тяговую башню 1 с воздухозаборниками 2. В вершине башни установлены турбогенератор 3 и уловитель влаги 4, а также емкость 5 для сбора воды (конденсата), связанная системой трубопроводов 6 с гидрогенератором 7, размещенным у основания башни. 1 з. п. ф-лы, 1 ил. Изобретение относится к гелиотехнике в частности к аэродинамическим гелиостанциям, предназначенным для преобразования солнечной энергии в энергию ветра, а затем в механическую и электрическую. Данная станция может быть использована для получения электрической энергии, данная установка является источником пресной воды (конденсата), потенциальная энергия которой может использоваться для вырабатывания электроэнергии на гидрогенераторе. Известна ветроаэростатная установка башенного типа, установленная в зоне ветров. Установка содержит воздуховод на неподвижном основании, подпорно-вытяжную трубу и ветроколесо. Воздушные потоки через воздуховод попадают на лопасти рабочего колеса и выходят в подпорно-вытяжную трубу, создавая таким образом дополнительную подъемную силу, при этом одновременно конденсируется влага на холодных стенках воздуховода. Влага собирается в нижней части установки. Недостатком данной установки является низкий КПД энергетической установки и слабая конденсация влаги. Известна аэродинамическая гелиостанция, выбранная за прототип, в которой тяговая башня выполнена в виде каркаса и закрепленного на нем пленочного материала. У основания башни размещен пленочный прозрачный свод. В башне размещен турбогенератор и система водорода (коллектор, трубопроводы, сосуды). Недостатком прототипа является сложная конструкция рефлекторных концентраторов, сложная тепловая система аккумуляции энергии, невысокий КПД установки. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение КПД станции. Поставленная цель достигается благодаря тому, что гелиостанция снабжена гидрогенератором, установленным у основания башни и связанным трубопроводами с емкостью для воды, и уловителем влаги, причем последние расположены в вершине башни. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что отличительными признаками предлагаемой гелиостанции является установка у основания башни гидрогенератора, связанного трубопроводами с емкостью для воды, а также уловителя влаги, выполненного в виде ребристого лабиринта и установленного над турбогенератором в вершине башни. Эти признаки соответствуют критерию «Существенные отличия». На чертеже показана конструктивная схема аэродинамической гелиостанции. Станция содержит тяговую башню 1 с воздухозаборниками 2 у основания. Стенки башни выполнены из теплоизоляционного материала. В вершине башни установлен турбогенератор 3 для отбора мощности и поднимающегося по стволу башни потока воздуха. Над турбогенератором установлен уловитель влаги 4, выполненный в виде ребристого лабиринта и установленный под углом к вертикальной оси турбогенератора. Емкость 5 для сбора воды (конденсата), расположенная на вершине башни, связана системой трубопроводов 6 с гидрогенератором 7, размещенным у основания башни. У основания башни расположено пленочное оптически прозрачное покрытие 8. Аэродинамическая гелиостанция работает следующим образом. Солнечные лучи нагревают воздух под прозрачным покрытием 8. Нагретый воздух от периферии движется к воздухозаборникам 2 башни 1. Это движение вызвано естественной тягой, которая создается в башне за счет аэростатической подъемной силы. Под покрытием воздух, перемещаясь, вбирает в себя влагу. Атмосферный воздух даже в пустыни содержит 2-4% водяного пара. Поднимаясь в башне, поток воздуха, кроме вертикальной составляющей скорости, за счет кореолисова ускорения приобретает окружную составляющую скорости. Соответствующий спрямляющий аппарат (не показан) турбины позволяет рационально использовать и эту составляющую скорости. Расширяясь на лопатках турбины, воздух охлаждается и тормозится, отдавая свою энергию турбогенератору 3, а далее в зоне ребристого лабиринта (холодильника) будет происходить интенсивная конденсация влаги, которая и наполнит емкость 5. Конденсат из емкости 5 по трубопроводам 6 высокого давления подается на гидрогенератор 7, давление которого соответствует давлению столба воды, которое определяется высотой башни. Потенциальная энергия конденсат отрабатывается на гидрогенераторе 7. Изобретение позволяет упростить конструкцию гелиостанции и повысить ее КПД путем отбора мощности у воздушного потока, а затем энергия падающей воды на гидрогенераторе. Расчеты показывают, что для строительства станции мощностью 109 Вт при высоте башни 2000 м нужно иметь башню с площадью поперечного сечения 2,5х104 м2. Диаметр внутреннего канала башни при этом должен быть приблизительно 90 м. При конденсации 2% влаги из воздуха дебит конденсата равен 44х103 кг/с. Коэффициент использования солнечной энергии такой станции может составить приблизительно 9% .

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ГЕЛИОСТАНЦИЯ, содержащая тяговую башню с воздухозаборниками у основания и турбогенератором в вершине и емкость для воды с трубопроводами, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, гелиостанция содержит размещенный у основания башни гидрогенератор, связанный трубопроводами с емкостью для воды, размещенную в вершине башни и снабженную уловителем влаги. 2. Гелиостанция по п. 1, отличающаяся тем, что уловитель влаги выполнен в виде ребристого лабиринта, установленного над турбогенератором с наклоном ребер в сторону емкости.

Аэростатные солнечные электростанции. Солнечная энергетика. Аэростатные СЭС. Принципиальная схема аэростатной солнечной электростанции



Солнечная энергетика над поверхностью земли

У большинства людей солнечная электроэнергетика ассоциируется прежде всего с солнечными фотоэлектрических батарей. Однако уже много лет используются теплообменные элементы с селективным светопоглощающим покрытием. Вещества, его образующих, обладают свойством поглощать практически всю направленную на них солнечную энергию (до 97%) при крайне незначительном собственном теплового излучения (3-4%).Если изолировать такой элемент от охлаждения наружным воздухом, то благодаря обычному солнечному освещению — неконцентрированному! — поверхность элемента способна нагреться до 200’С и выше.

Возможность теплообменных элементов с селективным светопоглощающим покрытием нагреваться до столь высоких температур открывает широкие перспективы для создания солнечных паровых «котлов» и на их основе — паротурбинных энергетических установок. Иначе говоря, подобные преобразователи солнечного излучения можно использовать для получения водяного пара с параметрами, которые позволяют организовать эффективный Термодинамический цикл в обычной паровой турбине. Коэффициент полезного действия такой солнечной паротурбинной установки составляет 15-20%, то есть, сравнимый с КПД фотоэлектрических батарей.

Понятно, что для солнечной паротурбинной установки требуются принципиально иные конструктивные решения, чем для водонагревательной. В солнечной аэростатной электростанции преобразователем солнечной энергии в тепловую является заполненный водяным паром баллон аэростат с двухслойной оболочкой. Внешняя ее часть прозрачна и пропускает солнечное излучение. Внутренняя покрыта селективным поглотительные слоем и разогревается солнечным излучением до 150-180’С. Воздух между слоями оболочки является теплоизолятором, что уменьшает потери тепла. Температура пара внутри баллона составляет 130-150’С, давление равно атмосферному.

Водяной пар нагревается при контакте с поглощающей оболочкой. Для водяного пара при атмосферном давлении на уровне моря температура насыщения равна 100 ‘С, поэтому водяной пар внутри баллона при температуре 130-150’С является перегретым.

Если в перегретой водяном паре распылять воду, она испаряется. Именно таким простым и эффективным способом происходит генерация пара внутри баллона.

Из баллона пар гибким паропроводов подают в паровой турбины, а, выходя из турбины, она превращается в конденсаторе в воду. Из конденсатора воду насосом опять подают внутрь баллона, где она распыляется и испаряется при контакте с перегретым водяным паром.

Горячей водяного пара в баллона достаточно для бесперебойной работы паровой турбины в темное время суток. Через расход пара и охлаждения баллона за ночь подъемная сила аэростат уменьшится всего на 10-20%, что мало повлияет на его высоту. В дневное время в результате нагрева солнечным излучением запас пара будет восстанавливаться. Мощность турбогенератора можно изменять в течение суток в соответствии с потребностями потребителя. При диаметре баллона свыше 100 м подъемную силу водяного пара, который есть внутри баллона, достаточно для подъема конструкции в воздух.

Возможны несколько типов солнечных аэростатных электростанций в зависимости от способа их размещения.

Аэростатные солнечные электростанции

Рис.1. Принципиальная схема аэростатной фотоэлектрической установки:
1) оболочка с фотоэлектрических слоем;
2) электрический кабель;
3) трансформатор;
4) линия электропередачи.

Аэростатные электростанции наземного и морского базирования

Опыт сооружения подобных аэростатных СЭС на Тайване показал, что оптимальной конструкцией теплообменника парового «котла» с точки зрения КПД является совокупность гибких трубчатых экранов, на поверхность которых нанесено поглотительные покрытия. По трубчатых экранах с помощью газодувки (компрессора низкого давления) прокачивается водяной пар из баллона, и он нагревается при контакте со светопоглощающей поверхностью экрана.

Работа системы клапанов экранов организована так, что пара движется только по каналам, освещенных солнцем. Водяной пар внутри баллона изолирована от внешнего воздуха многослойной пленочной теплоизоляцией, которая при малой массе обладает высокой теплоизолирующие способность. Такая оболочка является термическим полупроводники, через который «закачивается» тепловая энергия внутрь баллона. Потери тепла за счет теплообмена с атмосферным воздухом составляют не более 10% в сутки.

Пленочная теплоизолирующие оболочка прикреплена к каркасу аэростатной СЭС из капроновых или углепластиковых канатов. Подобная конструкция рассчитана на ураганный ветер со скоростью до 50 м/с. При диаметре баллона 200-300 метров паротурбинная установка производит среднесуточную электрическую мощность в 1000-5000 кВт.

Поскольку длительность светового дня изменяются в зависимости от времени года, среднесуточная мощность опытной модели солнечной аэростатной электростанции на юге Тайваня с июня по декабрь изменялась в 1,5 раза. Для высших широт этот показатель, естественно, будет выше. Поэтому подобные электростанции наземного базирования эффективны для размещения в районах, где количество солнечных дней не менее трехсот в год. Это — побережье Средиземного моря, районы Северной Африки, Ближнего и Среднего Востока, Средней Азии, Каспийского моря, Забайкалье, Монголия, Западный Китай, Австралия, Юго-Восточная Азия и т.д.

Существует, однако, обстоятельство, которое может помешать широкому распространению солнечных аэростатных электростанций наземного базирования. Дело в том, что баллоны чрезвычайно уязвимы с военной точки зрения. В баллон диаметром 200-300 метров трудно не попасть из любого оружия, а если это будет даже ружейный пуля то, электростанция не прекратит работы, но последствия будут необратимыми. Именно опасность военного конфликта за напряженных отношений с Китайской Народной Республикой привела к замораживанию тайваньской программы развертывания солнечных аэростатных электростанций.

Одним из решений проблемы военной безопасности солнечных аэростатных электростанций является морское базирование на якорных платформах. К платформе канатом крепится аэростат, внутренняя часть которого соединена гибким паропроводов с паровой турбиной, размещенной на платформе. Производимая электроэнергия кабелем передается на сушу. Платформа представляет собой компактную конструкцию диаметром около десяти метров, ее складывают на берегу в заводских условиях и буксиром транспортируют к месту базирования.

Рис.2.Принципиальная схема аэростатной солнечной электростанции с паровой турбиной:
1) прозрачная оболочка
2) поглощающая оболочка
3) паропровод
4) трубопровод с водяными насосами
5) паровая турбина
6) конденсатор
7) линия электропередачи.

Аэростатные электростанции высокогорного и высотного базирования

Профессор Пекинском университета Ли Ван предложил размещать аэростатные электростанции в высокогорных районах выше слоя облаков, где их работа не будет зависеть от погодных условий. Транспортировать электростанции к местам установки можно грузовым дирижаблем. Размещение 10000 солнечных аэростатных электростанций в высокогорных районах Тибета не только полностью обеспечит электроэнергией этот еще отсталый район, но и обеспечивать электроэнергией соседние провинции Китая.

Выше слоя облаков на высоте 5-7 км от поверхности земли (моря) электростанции можно размещать, и не поднимаясь в горы. При этом силовую паротурбинных установках можно располагаться как внизу, так и в корзине аэростат. При наземном расположении паротурбинной установки баллон с паром можно соединять с паровой турбиной гибким паропроводов протяженностью около 7000 м. Опыта изготовления подобных паропроводов пока нет.

Одним из вариантов может быть трубчатая конструкция из мягких оболочек и мягкой теплоизоляции. Материалом несущей оболочки аэростатной СЭС может быть армированная стеклоткань, которая применяется сейчас в воздуховодах большого диаметра и работает при температурах от -70’С до +650’С. Для пароизоляции оболочки можно применять полиамидные пленку (допустимая температура +180 ‘С). Масса такого гибкого паропровода длиной 7000 м составит всего 15% от массы оболочки баллона.

Воду внутрь баллона можно подавать каскадом насосов. При подвесного размещении паротурбинная энергоустановку крепят в корзине аэростат, а электроэнергию по кабелем передают вниз.

При теплофизических расчетах такой электростанции было обнаружено интересное свойство. Выяснилось, что при температуре наружного воздуха -30 ‘С на высоте 5-7 км количество тепла, которое отдает нижняя, не освещенная солнцем поверхность баллона за счет воздушного охлаждения, равно количеству тепла, поглощаемого верхней поверхностью баллона от солнца.

Благодаря этому обстоятельству можно применять компактный и легкий водно-воздушный конденсатор для конденсации водяного пара, выходящего из турбины. Масса силовой установки в этом случае не превысит 30 т, что не будет создавать проблем при ее креплении к баллон аэростат.

Проблема крепления привязных аэростатов к поверхности земли была решена еще в первой половине прошлого века, и они широко использовались для защиты городов от авиации противника во Второй мировой войне.

Сейчас в США разрабатывается воздушная система релейной связи на основе привязных дирижаблей. Компания «Platforms Wireless International» создает дирижабль для эксплуатации на высотах от 3 до 10,5 км. С наземной базой его соединять кабелем-тросом диаметром 2,5 см.

Электростанции высотного базирования можно размещать в любом регионе планеты.

Основным препятствием для них является авиация, однако самолеты летают в четко определенных воздушных коридорах. Кстати зоной, запрещенной для полета самолетов, является воздушное пространство над городами. Поэтому при помощи высотных аэростатных энергоустановок можно обеспечить потребности в тепловой энергии (отопление и горячее водоснабжение)мегаполисов. Потребность города в природном газе в этом случае уменьшится в два раза, освещенность территории — всего на 3%.

Спрос на подобную продукцию на мировом рынке практически неограничен и прибыли компаний-производителей солнечных аэростатных электростанций будут сопоставимы с прибылями нефтедобывающих компаний.



Раздел 2. «Характеристика и расчет фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) солнечной энергии» (лекция 1) – Эковолна

Все солнечные электростанции подразделяют на несколько типов:

  • СЭС башенного типа;
  • СЭС тарельчатого типа;
  • СЭС, использующие фотобатареи;
  • СЭС, использующие параболические концентраторы;
  • Комбинированные СЭС;
  • Аэростатные солнечные электростанции;
  • Мобильные солнечные электростанции.

Солнечные электростанции башенного и с концентратором параболического типа продуктивно работают в составе объемных соединений с сетью электростанций мощностью 30-200 МВт, между тем конструкции тарельчатого вида состоят из модулей и могут использоваться как самостоятельно, так и группами общей мощностью в несколько Мегаватт. Современные автономные солнечные электростанции могут получить гораздо большее распространение в индивидуальной электрификации частных домов и небольших общественных зданий из-за своей мобильности и небольших размеров.

Электростанции башенного и тарелочного типа позволяют получить более высокое КПД преобразования солнечной энергии в электрическую при меньший стоимости оборудования, чем у параболических, поэтому они также есть все шансы стать электростанциями близкого будущего. 

Солнечные электростанции башенного типа.

Данные электростанции основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации. В центре станции стоит башня высотой от 18 до 24 метров (в зависимости от мощности и некоторых других параметров высота может быть больше либо меньше), на вершине которой находится резервуар с водой. Этот резервуар покрыт чёрным цветом для поглощения теплового излучения. Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая пар на турбогенератор, который находится вне башни. По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты.

Гелиостат – зеркало площадью в несколько квадратных метров, закреплённое на опоре и подключённое к общей системе позиционирования. То есть, в зависимости от положения солнца, зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве. Основная и самая трудоемкая задача – это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент времени все отраженные лучи от них попали на резервуар.

В ясную солнечную погоду температура в резервуаре может достигать 700 градусов. Такие температурные параметры используются на большинстве традиционных тепловых электростанций, поэтому для получения энергии используются стандартные турбины. Фактически на станциях такого типа можно получить сравнительно большой КПД (около 20%) и высокие мощности.

Солнечные электростанции тарельчатого типа.

Данный тип солнечных электростанций (СЭС) использует принцип получения электроэнергии, схожий с таковым у Башенных СЭС, но есть отличия в конструкции самой станции. Станция состоит из отдельных модулей. Модуль состоит из опоры, на которую крепится ферменная конструкция приемника и отражателя. Приемник находится на некотором удалении от отражателя, и в нем концентрируются отраженные лучи солнца. Отражатель состоит из зеркал в форме тарелок (отсюда название), радиально расположенных на ферме. Диаметры этих зеркал достигают 2 метров, а количество зеркал – нескольких десятков (в зависимости от мощности модуля). Такие станции могут состоять как из одного модуля (автономные), так и из нескольких десятков (работа параллельно с сетью).

Солнечные электростанции, использующие фотобатареи.

 

СЭС этого типа в настоящее время очень распространены, так как в общем случае СЭС состоит из большого числа отдельных модулей (фотобатарей) различной мощности и выходных параметров. Данные СЭС широко применяются для энергообеспечения как малых, так и крупных объектов (частные коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. д.). Устанавливаться фотобатареи могут практически везде, начиная от кровли и фасада здания и заканчивая специально выделенными территориями. Установленные мощности тоже колеблются в широком диапазоне, начиная от снабжения отдельных насосов, заканчивая электроснабжением небольшого посёлка.

Солнечные электростанции, использующие параболические концентраторы.

Принцип работы данных солнечных электростанций (СЭС) заключается в нагревании теплоносителя до параметров, пригодных к использованию в турбогенераторе.
Конструкция СЭС: на ферменной конструкции устанавливается параболическое зеркало большой длины, а в фокусе параболы устанавливается трубка, по которой течет теплоноситель (чаще всего масло). Пройдя весь путь, теплоноситель разогревается и в теплообменных аппаратах отдаёт теплоту воде, которая превращается в пар и поступает на турбогенератор.

Параболические установки на сегодняшний день наиболее развитая из солнечных энергетических технологий и именно они, вероятнее всего, будут применяться в ближайшем будущем в крупных проектах.


СЭС, использующие двигатель Стирлинга.

Представляют собой СЭС с параболическими концентраторами, у которых в фокусе установлен двигатель Стирлинга. Существуют конструкции двигателей Стирлинга, которые непосредственно преобразуют колебания поршня в электрическую энергию, без использования кривошипно-шатунного механизма. Это позволяет достичь высокой эффективности преобразования энергии. Эффективность таких электростанций достигает 31,25%. В качестве рабочего тела используется водород или гелий.

Комбинированные солнечные электростанции.

Комбинированные электростанции могут совмещать в себе несколько типов солнечных электростанций. Так, например, на одной территории станции будут запараллелены установки тарельчатого или параболического типа и солнечных батарей. Также, другим примером может служить то, когда на солнечной электростанции дополнительно устанавливают теплообменные конструкции для получения горячей воды, которая может быть использована для горячего водоснабжения, отопления или технических потребностей.

Часто на солнечных электростанциях (СЭС) различных типов дополнительно устанавливают теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления. В этом и состоит суть комбинированных СЭС. Также на одной территории возможна параллельная установка концентраторов и фотобатарей, что тоже считается комбинированной СЭС.

Аэростатные солнечные электростанции.

Солнечные аэростатные электростанции самые энергоэффективные электростанции, они способны собрать до 97% солнечной энергии, при этом этот тип сооружений занимает малые территории поверхности, так как расположенное на поверхности земли оборудование занимает слишком мало места, а громоздкий баллон аэростата с фотоэлектрическим слоем, расположен в воздухе и способен поглощать солнечные лучи практически полностью в любое время суток, независимо от погодных условий за счет способности подниматься и опускаться на необходимую высоту.
Особо стоит отметить, факт того, что расположение таких электростанций не ограничивается поверхностью земли и воды. Китайский ученый Ван Ли предположил такой вид электростанций для использования в горах Тибета, с расположением баллонов аэростатов выше слоя облаков, при этом электроэнергией по расчетам ученого обеспечатся не только высокогорные районы, но и близ лежащие Китайские провинции.

2.4 Солнечные системы для получения электроэнергии

Солнечный свет, сконцентрированный параболическими зеркалами (рефлекторами), применяют для получения тепла (с температурой до нескольких тысяч градусов Цельсия). Эту тепловую энергию можно использовать для обогрева или для производства электроэнергии. Кроме этого, существует другой способ производства энергии с помощью Солнца — фотоэлектрические технологии. Фотоэлектрические элементы — это устройства, которые преобразовывают солнечную радиацию непосредственно в электричество

Рассмотрим существующие на настоящий момент технологии получения электрической энергии на солнечных тепловых электростанциях.

Принципиальная схема строения таких энергетических гелиоустановок показана на рис. 2.34.

Электроэнергию получают за счет использования солнечной энергии в теплосиловых установках, где теплота от сгорания топлива заменяется потоком концентрированного солнечного излучения. В регионах с высоким уровнем солнечной радиации ее используют для получения пара, который вращает турбину и вырабатывает электроэнергию.

Рисунок 2.34 — Принципиальная схема гелиоэнергетической установки

Концентрация солнечной энергии позволяет получать температуры равные или выше 700°С, достаточно высокие для работы теплового двигателя с приемлемым коэффициентом полезного действия. Для этого необходимо использование концентрирующих коллекторов солнечной энергии. Необходимо отметить, что изготовление параболических концентраторов с диаметром превышающим 30 м, довольно сложно.

Солнечные тепловые электростанции можно выполнить по двум вариантам:

  • использование большого количества рассредоточенных параболических коллекторов;

  • система большого количества гелиостатов и центральной сол­нечной башни.

Все описываемые технологии для достижения высоких температур применяют концентраторы, которые отражают свет Солнца с большей поверхности на меньшую поверхность приемника. Обычно такая система состоит из концентратора, приемника, теплоносителя, аккумулирующей системы и системы передачи энергии.

На рис.2.35 показана система, состоящая из множества небольших концентрирующих коллекторов, каждый из которых независимо следит за Солнцем. Коллектор имеет вид параболического тарельчатого зеркала (схожих формой со спутниковой тарелкой), которые фокусируют солнечную энергию на приемники, расположенные в фокусной точке каждой тарелки см. рис.2.36). Жидкость в приемнике нагревается до 1000оС. Концентраторы не обязательно должны иметь форму параболоидов, но обычно это предпочтительнее.

Каждый коллектор передает солнечную энергию жидкости — теплоносителю, горячая жидкость от всех коллекторов собирается в центральной энерго­станции.

1 — электроэнергия; 2—трубы под землей, по которым протекает

аммиак или пар; 3— солнечные лучи.

Рисунок 2.35 – Тепловая солнечная электростанция с

рассредоточенными коллекторами

Рабочим телом в коллекторах является вода, а в зимний период — водно-спиртовой раствор. Эффективность использования падающего на приемник излучения составляет от 20% до 35%, произведенная электроэнергия — от 10% до 30% эффективного падающего излучения.

Принципиальная схема паросиловой солнечной электростанции представлена на рис.2.37.

Рисунок 2.36 — Параболический коллектор модульного типа

Рисунок 2.37 — Принципиальная схема паросиловой солнечной

электростанции

Вдобавок к этому, благодаря модульному проектированию, такие системы представляют собой оптимальный вариант для удовлетворения потребности в электроэнергии как для автономных потребителей (в киловаттном диапазоне), так и для гибридных (в мегаваттном), соединенных с электросетями коммунальных предприятий. Эта технология успешно реализована в целом ряде проектов. Один из них — проект STEP (Solar Total Energy Project) в американском штате Джорджия. Это крупная система параболических зеркал, работавшая в 1982-1989 гг. в Шенандоа. Она состояла из 114 зеркал, каждое 7 метров в диаметре. Система производила пар высокого давления для выработки электричества, пар среднего давления для трикотажного производства, а также пар низкого давления для системы кондиционирования воздуха на той же трикотажной фабрике. В октябре 1989 г. энергокомпания закрыла станцию из-за повреждений на глав ной турбине и нехватки средств для ремонта станции.

Теплонесущая жидкость может быть водяным паром, если она будет прямо использована в паровой турбине, или какой-либо термохимической средой — такой, как, например, диссоциированный аммиак. Схема устройства, основанного на диссоциации и синтезе аммиака, показана на рис. 2.34.

1 — зеркало; 2 — приемник, 3 — теплообменник;4 — тепловой

двигатель; 5 — камера синтеза; 6—сепаратор;7— к другим зеркалам

Рисунок 2.38 — Диссоциация и синтез аммиака как накопителя

солнечной энергии

Преимуществом последней системы является то, что в случае использования химического реагента отсутствуют потери между коллектором и тепловым двигателем, так что тепло может пере­даваться на большие расстояния или в течение длительного -времени (например, с вечера в течение всей ночи, что позволяет осуществить непрерывную генерацию электроэнергии). В этой системе солнечные лучи фокусируются на приемнике, в кото­ром газообразный аммиак при высоком давлении (около 30 МПа) диссоциирует на водород и азот. Эта реакция — эндо­термическая, дефект энергии составляет АН = — 46 кДж/моль NНз; солнечное излучение снабжает систему энергией, необхо­димой для протекания этой реакции. В присутствии катализа­тора в камере синтеза N2 и Н2 частично рекомбинируют, выде­ляемое при этом тепло можно использовать для подключения внешнего теплового двигателя или другого устройства. Выходя­щий из камеры синтеза поток охлаждается, что приводит к сжижению аммиака.

Альтернативный вариант состоит в исполь­зовании расположенных на большой площади следящих за Солнцем плоских зеркал, отражающих солнечные лучи на централь­ный приемник, помещенный на вершине башни, так называемые солнечные электростанции башенного типа.

Впервые идея создания солнечной электростанции промышленного типа была выдвинута советским инженером Н. В. Линицким в 1930-х гг. Тогда же им была предложена схема солнечной станции с центральным приёмником на башне. В ней система улавливания солнечных лучей состояла из поля гелиостатов — плоских отражателей, управляемых по двум координатам. Каждый гелиостат отражает лучи солнца на поверхность центрального приёмника, который для устранения влияния взаимного затенения поднят над полем гелиостатов. По своим размерам и параметрам приёмник аналогичен паровому котлу обычного типа.

Экономические оценки показали целесообразность использования на таких станциях крупных турбогенераторов мощностью 100 МВт. Для них типичными параметрами являются температура 500 °C и давление 15 МПа. С учётом потерь для обеспечения таких параметров требовалась концентрация порядка 1000. Такая концентрация достигалась с помощью управления гелиостатами по двум координатам. Станции должны были иметь тепловые аккумуляторы для обеспечения работы тепловой машины при отсутствии солнечного излучения.

а)

б)

а – башня с гелиостатами; б – выработка и передача электрической энергии

Рисунок 2.39 — Схема солнечной электростанции башенного типа

Система с центральным коллектором состоит из большого числа управляемых зеркал-гелиостатов, которые отражают солнечную радиацию и направляют ее на центральный приемник, помещенный на высокой башне, который поглощает тепловую энергию и приводит в действие турбогенератор. Управляемая компьютером двуосная система слежения устанавливает гелиостаты так, чтобы отраженные солнечные лучи были неподвижны и всегда падали на приемник. Циркулирующая в приемнике жидкость переносит тепло к тепловому аккумулятору в виде пара. При высокой степени концентрации солнечной радиации в приемнике может быть получен пар высокой температуры. Пар вращает турбину для выработки электроэнергии, либо непосредственно используется в промышленных процессах. Температуры на приемнике достигают от 538 до 1482 оC. Кроме воды можно использовать также и другие теплоносители ( например, газообразные или жидкометаллические). В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используют:

  • водяной пар с температурой до 550 0С;

  • воздух и другие газы – до 1000 0С;

  • низкокипящие жидкости (в том числе фреоны) – до 100 0С;

  • жидкометаллические – до 800 0С.

Для производства электроэнергии в ночное время и в периоды понижения уровня солнечной радиации пользуются обычным топливным котлом, благодаря чему турбина может работать в различных режимах.

В США с 1982 г. было построено несколько станций башенного типа мощностью от 10 до 100 МВт. Подробный экономический анализ систем этого типа показал, что с учётом всех затрат на сооружение 1 кВт установленной мощности стоит примерно $1150. Один кВт·ч электроэнергии стоил около $0,15.

Первая башенная электростанция под названием «Solar One» близ Барстоу (Южная Калифорния) с успехом продемонстрировала применение этой технологии для производства электроэнергии. Предприятие работало в середине 1980-х. На нем использовалась водно-паровая система мощностью 10 МВтэ. В 1992 г. консорциум энергетических компаний США принял решение модернизировать «Solar One» для демонстрации приемника на расплавленных солях и теплоаккумулирующей системы. Благодаря аккумулированию тепла башенные электростанции стали уникальной гелиотехнологией, позволяющей диспетчеризацию электроэнергии при коэффициенте нагрузки до 65%. В такой системе расплавленная соль закачивается из «холодного» бака при температуре 288 оC и проходит через приемник, где нагревается до 565 оC, а затем возвращается в «горячий» бак. Теперь горячую соль по мере надобности можно использовать для выработки электричества. В современных моделях таких установок тепло хранится на протяжении 3 — 13 часов.

Самая большая солнечная электростанция мощностью 10 МВт (Solar One) была построена в Калифорнии (США). Большинство подобных солнечных электростанций работает по одинаковому принципу: поле размещенных на уровне земли зеркал-гелиостатов, «следящих» за Солнцем, отражает солнечные лучи на приемник-ресивер, установленный на довольно высокой башне. Ресивер- это солнечный котел, в котором производится водяной пар средних параметров, который потом направляется в стандартную паровую турбину. Принципиальная схема такой установки показана на рис. 2.40.

Также в Калифорнии введена в эксплуатацию электростанция «Solar Two» — это прототип крупных промышленных электростанций. Она впервые дала электричество в апреле 1996 г., что явилось началом 3-летнего периода испытаний, оценки и опытной выработки электроэнергии для демонстрации технологии расплавленных солей. Солнечное тепло сохраняется в расплавленной соли при температуре 550 оC, благодаря чему станция может вырабатывать электричество днем и ночью, в любую погоду. Успешное завершение проекта «Solar Two» должно способствовать строительству таких башен на промышленной основе в пределах мощности от 30 до 200 МВт

Одной из ведущих стран по внедрению башенных солнечных электростанций является Испания. Одна из таких гелиоустановок показанная на рис. 2.42, построена в Севилье в 2007 г..

К примеру, опытная солнечная станция мощностью 50 кВт построенная в Италии, может генерировать 150 кг ч перегретого пара при температуре 500 0С . Поле гелиостатов этой станции состоит из 270 зеркал диаметром 1 м каждое. Рассматриваются станции мощностью от 2 МВт до 100 МВт с высотой башни до 300-450 м. При строительстве солнечных станций необходимо ориентироваться на гелиостаты большой площади, так как в этом случае меньше вероятность повреждения их сильными ветрами.

Рисунок 2.40 — Башенная солнечная электростанция

Solar One

Рисунок 2.41 – Поле плоских гелиостатов электростанции

Solar One

Рисунок 2.42 – Башенная солнечная электростанция башня

(Севилья, Испания)

В 1985 г. в п. Щелкино в Крыму была введена в эксплуатацию первая в СССР солнечная электростанция СЭС-5 электрической мощности 5 МВт с 1600 гелиостатами (плоских зеркал) площадью 25.5 м2 каждый, имеющих коэффициент отражения 0.71. Они концентрируют солнечную энергию на центральный приемник в виде открытого цилиндра, установленного на башне высотой 89 м и служащего парогенератором.

Имеющийся опыт и технико-экономические расчеты показывают, что СЭС мощностью до 10 МВт не рентабельны. Оптимальной является СЭС мощностью 100 МВт при высоте башни 250 м. Управление такими станциями и ориентацией гелиостатов осуществляется с помощью ЭВМ. Крупные СЭС обычно состоят из отдельных блоков мощностью от 30 до 100 МВт.

Большим недостатком СЭС башенного типа является их высокая стоимость и большая занимаемая площадь.

Помимо гелиостанций с центральной башней в настоящее время началось использование гелиостанций с параболоцилиндрическими концентраторами. На рисунке 2.43 приведен параболоцилиндрический концентратор.

В этих установках используются параболические зеркала (лотки), которые концентрируют солнечный свет на приемных трубках, содержащих жидкость-теплоноситель (см. рис. 2.44).

Эта жидкость нагревается почти до 400 оC и прокачивается через ряд теплообменников; при этом вырабатывается перегретый пар, приводящий в движение обычный турбогенератор для производства электричества. Для снижения тепловых потерь приемную трубку может окружать прозрачная стеклянная трубка, помещенная вдоль фокусной линии цилиндра. Как правило, такие установки включают в себя одноосные или двуосные системы слежения за Солнцем. В редких случаях они являются стационарными.

Рисунок 2.43 — Параболоцилиндрический

концентратор

Рисунок 2.44 — Поле безбашенной тепловой солнечной

электростанции с параболоцилиндрическими

концентраторами

Построенные в 80-х годах в южно-калифорнийской пустыне фирмой «Luz International», девять таких систем образуют крупнейшее на сегодняшний день предприятие по производству солнечного теплового электричества.

Эти электростанции поставляют электричество в коммунальную электросеть Южной Калифорнии. Еще в 1984 г. «Luz International» установила в Деггетте (Южная Калифорния) солнечную электрогенерирующую систему «Solar Electric Generating System I» (или SEGS I) мощностью 13,8 МВт. В приемных трубках масло нагревалось до температуры 343 оC и вырабатывался пар для производства электричества. Конструкция «SEGS I» предусматривала 6 часов аккумулирования тепла. В ней применялись печи на природном газе, которые использовались в случае отсутствия солнечной радиации.

Эта же компания построила аналогичные электростанции «SEGS II — VII» мощностью по 30 МВт. В 1990 г. в Харпер Лейк были построены «SEGS VIII и IX», каждая мощностью 80 МВт. Из-за многочисленных законодательных и политических трудностей компания «Luz International» и ее филиалы 25 ноября 1991 года известили о своем банкротстве. Теперь станциями «SEGS I — IX» управляют другие фирмы по старому контракту с «Southern California Edison». От планов постройки «SEGS X, XI, XII» пришлось отказаться, что означает потерю дополнительных 240 МВт запланированной мощности.

Оценки технологии показывают ее более высокую стоимость, чем у солнечных электростанций башенного и тарельчатого типа, в основном, из-за более низкой концентрации солнечного излучения, а значит, более низких температур и, соответственно, эффективности. Однако, при условии накопления опыта эксплуатации, улучшения технологии и снижения эксплуатационных расходов параболические концентраторы могут быть наименее дорогостоящей и самой надежной технологией ближайшего будущего

Коммерчески обоснованные энергетические системы от нескольких киловатт до сотен мегаватт достаточно жизнеспособны, электростанции мощностью 354 МВт эксплуатируются в Калифорнии с 1980 года. Объекты солнечной энергетики могут функционировать, как подключенными к общей сети, так и в распределенных, автономных сетях. Они подходят для гибридного производства энергии, и могут включать в себя экономически эффективные системы хранения энергии. Они могут работать во всем мире в районах с высоким уровнем инсоляции, в том числе, в большинстве районов юго-запада США, Центральной и Южной Америки, Африки, Австралии, Китая, Индии, Средиземноморского региона и Ближнего Востока. Коммерческие гелиоустановки давно достигли уровня затрат на производство энергии около 12-15 центов/кВтч, и снижение этого показателя, как ожидается, в конечном счете, приведет к самому низкому уровню в 5 центов/кВтч. Данная динамика исзменения цен приведена на рисунке 2.45.

На рисунке 2.45 синим цветом показаны текущие расходы, включая 1-2 цента/кВтч, а относящиеся к «восполняемой» энергетике, показанные зеленым цветом.

Advanced Concentrating Solar Power — Развитие солнечной энергетики;

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *