Soltårnet høster stråler fra spejlmarkerne. Solar tårn kraftværk

Fremkomsten af ​​solpaneler (fotovoltaiske moduler) er et enestående betydningsfuldt fænomen for den globale energisektor som helhed. Med en betydelig stigning i prisen på fossile brændstoffer, olie og gas ser udviklingen af ​​alternativ solenergi ud til at være den mest lovende, så videnskabsmænd rundt om i verden leder efter måder at øge effektiviteten af ​​at konvertere solenergi til varme og elektrisk energi.

En af de mest innovative måder at konvertere solenergi på er måske designet af et kraftværk - et soltårn. Det forenklede arbejdsprincip for et soltårn er ret simpelt. Solvarme er koncentreret i et område direkte ved bunden af ​​tårnet. Dette område er dækket god varmeisolator. Akkumuleret volumen varm luft stiger op og ender i installationens centrale hul. Elektricitet i dette tilfælde genereres på grund af den naturlige stigning af opvarmet luft.

Men at bruge spejle til at koncentrere energien fra sollys er meget mere effektivt. Sollys reflekteret fra stor mængde spejle installeret rundt om tårnet (adskillige hundreder eller tusinder), derefter koncentreret på et punkt, mens de har et maksimum potentiel energi. Til dette formål anvendes heliostater, dvs. spejle med en betydelig overflade. Heliostater monteres på en støtte og styres centraliseret system, ansvarlig for at ændre spejlenes position. Heliostater har en konstant orientering mod solen, deres position ændres i overensstemmelse med solens placering. Det er således muligt at opnå maksimal effektivitet i elproduktionen. Hvis solcelletårnet installeres i et område med høj solaktivitet, kan temperaturen på den opvarmede luft nå op på 80-100 grader celsius.

De møller, der bruges i installationen, genererer elektricitet ved at opvarme en væske. Varm luft får vand til at danne en damptilstand, og dampens virkning får turbinen til at bevæge sig. I store installationer af denne type kan der anvendes varmt salt (en blanding af natriumnitrat og kaliumnitrat), som perfekt holder på varmen fra opvarmet luft. Om natten og i perioder med utilstrækkelig solaktivitet leveres strøm fra backup-batterier. Den høje effektivitet ved at bruge spejle er ubestridelig - takket være deres brug er det muligt at sikre den maksimale koncentration af solenergi på et tidspunkt, og processen med at generere elektricitet afhænger direkte af dette.

Det er vigtigt, at det under forhold med kraftig opvarmning af jorden i dagtimerne er muligt at opnå yderligere termisk energi fra restvarmen fra den opvarmede jord. I den første version af soltårnets funktion, med akkumulering af solvarme på jorden ved dens fod, indebærer det højere driftseffektivitet under alvorlige temperaturændringer. Dette faktum gør brugen af ​​soltårne ​​fordelagtig i områder med udtalte daglige temperaturvariationer.

Det er klart, at på grund af kompleksiteten af ​​designet og de høje omkostninger, bruges soltårne ​​stadig ret sjældent; disse er hovedsageligt "pilot"-projekter sponsoreret af store organisationer eller regeringer. Der er to hovedulemper ved et soltårn forbundet med dette: kompleksiteten af ​​installationen og de samlede høje omkostninger (for komponenter, installation og 1 watt modtaget på grund af initialomkostninger). Men fordelene er meget fristende: enorm effekt (op til flere gigawatt om året), nem betjening og næsten umuligheden af ​​nedbrud. I nogle tilfælde ser designet også attraktivt ud fra et landskabsdesignsynspunkt.

Ingeniører har udviklet et drivhus, der opvarmer luft under solen. Et rør "trækkes" over drivhuset, hvor denne luft ville skabe træk. Der skal installeres turbiner i røret. Alt virker simpelt, medmindre du tager højde for, at drivhusets diameter skal være et par kilometer, og rørets højde skal være 800 meter.

Den australske virksomhed EnviroMission, der overraskede verden med ideen om et "babylonsk soltårn" tilbage i 2002, ser endelig ud til at have fundet forståelse, hvis ikke i sit hjemland, hvor det projekt, der blev startet aldrig fandt sted, men kl. mindst i udlandet.

Australierne planlægger at bygge et kraftværk med det banale navn "soltårnet" i Arizona. Til at styre byggeriet var konsulentfirmaet Faithful+Gould involveret i projektet i juni i år. EnviroMission har i øjeblikket travlt med at erhverve jord og planlægge de første arbejder på stedet.

I hjertet af Solar Tower er en enorm rundt drivhus. I løbet af dagen i et ørkenområde, selv under normale forhold, varmes luften op til 40 grader, og under den gennemsigtige film eller glas i et gigantisk drivhus kan temperaturen nå op til 80 °C.

Ifølge australierne vil den opvarmede luft strømme til midten af ​​strukturen, hvor et 800 meter langt rør rejser sig. På dens base vil der være 32 turbiner, der roterer generatorer. Deres samlede spidseffekt vil være 200 megawatt.

Den energi, der genereres af Solar Tower, vil være nok til at drive omkring 100 tusind typiske amerikanske husstande eller en by med en befolkning på mere end hundrede tusinde mennesker. Desuden vil et drivhus med verdens højeste skorsten sammenlignet med et konventionelt termisk kraftværk med samme effekt spare emissioner på omkring 900 tusinde tons carbondioxid i år.

Fordelene ved den foreslåede teknologi er som følger. Trækket i tårnet afhænger ikke af den absolutte værdi af temperaturen i drivhuset, men af ​​temperaturforskellen mellem luften i det og luften omkring røret kl. høj højde. Derfor kan Solar Tower fungere i næsten alt vejr.

Derudover vil et sådant tårn fortsætte med at generere elektrisk energi om natten, da jorden under drivhuset i løbet af dagen vil varme op meget betydeligt og vil være i stand til at opvarme luften under filmen i lang tid.

Dette kraftværk vil koste cirka 750 millioner dollars. Udviklerne angiver ikke, hvor midlerne er hentet fra, og om det nødvendige beløb allerede er tilgængeligt. Men selvom konstruktionen af ​​kolossen endnu ikke er begyndt, har EnviroMission allerede indgået en aftale med Southern California Public Power Authority om at købe den energi, som Solar Tower vil generere.

Ifølge Gizmag blev denne aftale indgået for 30 år.

I mellemtiden, som det følger af EnviroMissions egne estimater, vil solenergitårnet betale for sit byggeri på kun 11 år, og denne gigant kan stå i mindst 80 år. Dette er et ambitiøst mål og en vanskelig opgave for ingeniørerne, der designer det rekordstore rør.

Vil australierne være i stand til at opfylde deres planer? I henhold til aftalen med SCPPA forventes Arizona-tårnet at begynde at levere elektricitet til nettet i første halvdel af 2015.

Soltårn - Australske ingeniører har udviklet et drivhus, der opvarmer luften under solen (fig. 6.5). Der skal være et rør over drivhuset, hvor denne luft ville skabe træk. Drivhusets diameter skal være et par kilometer, og rørets højde skal være 800 meter. Den estimerede effektivitet af denne metode til konvertering af solenergi er omkring 60%. Projektet er ved at blive implementeret i Arizona.

I hjertet af Solar Tower er et enormt cirkulært drivhus. I løbet af dagen i et ørkenområde, selv under normale forhold, varmes luften op til 40 grader, og under den gennemsigtige film eller glas i et gigantisk drivhus kan temperaturen nå op til 80 °C. Ifølge forskerne vil den opvarmede luft strømme til midten af ​​strukturen, hvor et 800 meter langt rør rejser sig. På dens base vil der være 32 turbiner, der roterer generatorer. Deres samlede spidseffekt vil være 200 megawatt.

Ris. 6.5. Solar tårn

Den omgivende temperatur falder med omkring en grad for hver hundrede højdemeter. Dette skulle sammen med opvarmningen af ​​jordluften på grund af drivhuseffekten give tårnet en god temperaturforskel mellem ude og inde og derfor et solidt lodret fremstød.

Den energi, der genereres af Solar Tower, vil være nok til at drive omkring 100 tusind typiske husstande eller en by med en befolkning på over hundrede tusinde mennesker. Desuden vil et drivhus med verdens højeste skorsten, sammenlignet med et konventionelt termisk kraftværk med samme effekt, spare omkring 900 tusinde tons kuldioxidemissioner om året.

Fordelene ved den foreslåede teknologi er sådan, at trækket i tårnet ikke afhænger af den absolutte værdi af temperaturen i drivhuset, men af ​​temperaturforskellen mellem luften i det og luften omkring røret i stor højde. Derfor kan Solar Tower fungere i næsten alt vejr.

Derudover vil et sådant tårn fortsætte med at generere elektrisk energi om natten, da jorden under drivhuset i løbet af dagen vil varme op meget betydeligt og vil være i stand til at opvarme luften under filmen i lang tid.

Udviklerne hævder, at krafttårnet stort set ikke vil kræve vedligeholdelse, bortset fra periodisk eftersyn og eventuel reparation af turbiner og generatorer.

Dette kraftværk vil koste cirka 750 millioner dollars. Det forventes, at solenergitårnet betaler for sit byggeri på blot 11 år, og dette energianlæg vil kunne stå i mindst 80 år.

Ifølge udviklerne vil soltårnet med en opstrømning være i stand til at fungere selv på en overskyet dag. Stråling spredt og passerer gennem skyer og dis, især den infrarøde komponent, vil være tilstrækkelig til at opvarme luften i drivhuset, omend ikke så stærk som i klart vejr.

Nat solcelleanlæg

Natsolkraftværk - et solenergianlæg baseret på et centralt tårn, felter med koncentratorspejle og en stor lagertank for smeltet salt, idriftsat nær Sevilla i byen Fuentes de Andalucia (fig. 6.6).

Anlægget, med en maksimal kapacitet på 19,9 megawatt, vil producere 110 gigawatt-timers energi om året. Installationen garanterer elproduktion i mere end 270 dage om året. Dette er omkring tre gange mere end andre alternative energisystemer, som er kendt for at lide under kildevariabilitet (uanset om det er sol, bølger eller vind).

MED Stationens hemmelighed ligger i et stort reservoir af smeltet salt, som spiller rollen som en mellembærer på varmevejen fra solstrålingsmodtageren til dampturbinerne.

Ris. 6.6. Nat solcelleanlæg

Ingeniører har tidligere eksperimenteret med bufferlagring af termisk energi i solenergianlæg, men aldrig i så stor skala. Faktum er, at varmelagringsenheden er i stand til at forsyne komplekset med energi i så længe som 15 timer efter solnedgang.

Saltet, der løber gennem den centrale modtager, under solens stråler, komprimeret af spejlene tusind gange, opvarmes til en temperatur på mere end 500 grader Celsius.

Det nye kraftværks termiske bufferkapacitet er tilstrækkelig til at dække hele natten eller for eksempel en hel overskyet dag. Denne egenskab gør det muligt for installationen at fungere uden afbrydelse 24 timer i døgnet og de fleste dage om året.

Gemasolar-stationen, som kostede partnerne 427 millioner dollars, er allerede tilsluttet energinettet. Den kan levere energi til op til 25 tusinde hjem, mens den anslåede besparelse i CO 2 -udledning er 30 tusinde tons om året.

Foto: © Markel Redondo/Greenpeace

Vi præsenterer for din opmærksomhed et udvalg af fotografier, der illustrerer udviklingen af ​​solenergi i Spanien. På billedet - ikke traditionelle solcellepaneler, men stationer der koncentrerer sig solenergi(på engelsk, CSP - concentrating solar power).
Disse stationer producerer termisk og elektrisk energi. Hundredvis af spejle koncentrerer solens stråler og opvarmer kølevæsken. Den resulterende varme bruges derefter til konventionel elproduktion, for eksempel gennem damp eller gasturbine eller Stirling motor.
Spejle kan have en række forskellige former og kan bruges forskellige metoder sporing af solens position, brug forskellige veje produktion nyttig energi, men princippet om deres drift er det samme. I dag er effekten af ​​individuelle sådanne stationer som regel 50 - 280 MW (afhængig af størrelsen), men den kan være højere. Koncentriske anlæg er typisk betydeligt større end solcelleanlæg (ved hjælp af sollys direkte til elproduktion).
Men CSP-stationer har én stor fordel. Teknologien tillader energilagring. Solvarme opsamlet i løbet af dagen kan opbevares i flydende eller faste medier (smeltet salt, keramik, beton). Om natten kan den fjernes og understøtte driften af ​​turbinen.
Ifølge prognoser vil CSP være i stand til at levere 7 % af verdens energibehov i 2030 og op til en fjerdedel i 2050. Til dato er den installerede CSP-kapacitet i verden omkring 1 GW. Omkostningerne til energi opnået på sådanne stationer er 14-18 cents pr. kW time.

Greenpeace-rapport om CSP-stationer og perspektiver for deres udvikling: http://www.greenpeace.org/raw/content/international/press/reports/concentrating-solar-power-2009.pdf

Artikel om soltårne ​​i Spanien om Membrana: http://www.membrana.ru/particle/3189

La Dehesa, 50 MW parabolsk anlæg med energilagringssystem for smeltet salt. Den årlige elproduktion er 160 millioner kWh. Stationen har 225.792 spejle og 672 solfangere, hvis samlede længde er mere end 100 km.

Stationens kontrolrum.

11 MW station. Arealet af hvert spejl er 120 kvadratmeter. meter. solstråler koncentreret i toppen af ​​et 115 meter højt tårn, hvor der er placeret en turbine, der roterer en generator, som producerer strøm.

Produktion af komponenter til stationen.

Glasrør indeholdende kølevæsken.

15 MW station. De bruger også smeltet salt til energilagring. Systemet giver dig mulighed for at frigive lagret energi i 16 timer! Stationen kører med succes 6570 timer om året (ud af 8769 mulige).

Solar tårn.

Alle fotos: © Markel Redondo / Greenpeace

djuga: dette tager ikke højde for omkostningerne ved jord. Solcelleanlæg optager en enorm område fra meget lav solenergitæthed. Der kommer 1400 W energi per kvadratmeter. Når nætter og dage tages i betragtning, halveres denne mængde på grund af spejlenes rotation og solens ikke-optimale position om aftenen og morgenen, atmosfæriske tab - det falder stadig med mindst 2 gange, men effektiviteten er også højst 30 %. I alt kan der fjernes omkring 120 W strøm fra måleren. For 120 MW skulle du bruge 120 mio kvadratmeter eller 120 kvadratkILOMETER. Det er på en eller anden måde tvivlsomt, at Israel gik med til at besætte et sådant område med spejle.

djuga 14. januar 2018 | 15:56

geokrilov: Det er på en eller anden måde tvivlsomt, at Israel gik med til at besætte et sådant område med spejle.
=========================================================================================

Hvad er tvivlen, når tårnet allerede står? Jeg tror, ​​at de tog højde for alle deres muligheder, vejede alle fordele og ulemper.

djuga 14. januar 2018 | 22:48

geokrilov: den reelle gennemsnitlige effekt vil ikke være 120 megawatt, men 3 gange mindre.
============================================================================

Tror du, det ikke var værd at gøre dette?
Beklager, men jeg ved ikke, hvordan du kan lave sådanne beregninger på dine knæ uden at have alle data. Men selvom du har ret, så vejede de første mobiltelefoner kilogram, og for 100 år siden var effektiviteten af ​​et damplokomotiv omkring 7 %, hvis min hukommelse ikke tjener mig rigtigt.

geokrilov 15. januar 2018 | 04:23

djuga: Jeg er pensioneret ingeniør (mekaniker for rumfartøjer _MVTU), der var ingen lommeregnere dengang, og der blev foretaget beregninger på en lineal. Jeg kunne forklare om solpaneler. Mobiltelefoner handler om kommunikation og information. Siden jeg overvejede noget på BESM6 som studerende, har mobiltelefoner mere rengøringskraft ombord end datidens mainframe. Og effektiviteten af ​​et solcellebatteri var 12 % dengang, men nu overstiger den ikke 20. Serielle er 15 procent.
Og ja, det skal man ikke håbe på alternative kilder. Desuden lader det til, at de i Israel fandt gasfelter og olieforekomster i Middelhavet. I værste fald kan man bygge et atomkraftværk.
Effektiviteten af ​​et damplokomotiv kan øges med en dobbeltekspansionsmaskine og en udløbsvarmeveksler, men dens teoretiske effektivitet er ikke højere end den, der opnås fra Carnot-cyklussen, også Solenergieffektivitet solcellestationer el solcellebatteri kan ikke laves over en vis værdi.
Alternative kilder er begrundet, hvor elledninger ikke kan nås. For eksempel for at drive en vejrstation i Kolyma eller mobilstationer et sted i Krasnoyarsk-territoriet.

djuga 15. januar 2018 | 07:49

geokrilov: Mobiltelefoner handler om kommunikation og information.
===============================================================

Ja, ja, og damplokomotiver handler om transport.
Jeg er ikke i tvivl om dine kvalifikationer og erfaring. Men vi taler ikke om en fuldstændig overgang til alternativ energi, men kun om at reducere den andel, der kører på ikke-vedvarende ressourcer. Og set ud fra dette synspunkt er projektet, der gennemføres, ganske rationelt selv med en effektivitet på 20 %. Derudover er det miljøvenligt og sikkert, og kræver ikke en kæmpe infrastruktur, i modsætning til ethvert termisk kraftværk.