A naptorony a tükörmezőkből arat sugarakat. Napelemes erőmű

A napelemek (fotovoltaikus modulok) megjelenése egyedülállóan jelentős jelenség a globális energiaszektor egésze számára. A fosszilis tüzelőanyagok, az olaj és a gáz árának jelentős növekedése mellett az alternatív napenergia fejlesztése tűnik a legígéretesebbnek, ezért a tudósok világszerte keresik a módokat a napenergia hővé alakításának hatékonyságának növelésére, ill. elektromos energia.

A napenergia átalakításának talán egyik leginnovatívabb módja egy erőmű - egy napelemtorony - tervezése. A napelemes torony leegyszerűsített működési elve meglehetősen egyszerű. A naphő közvetlenül a torony aljában koncentrálódik. Ez a terület lefedett jó hőszigetelő. Felhalmozott térfogat meleg levegő felemelkedik és a berendezés központi furatában végződik. Az elektromos áram ebben az esetben a felmelegített levegő természetes felemelkedése miatt keletkezik.

De a tükrök használata a napfény energiájának koncentrálására sokkal hatékonyabb. A napfény visszaverődik nagy mennyiség a torony köré szerelt tükrök (több száz vagy ezer), majd egy pontra koncentrálva, miközben maximális helyzeti energia. Erre a célra heliosztátokat használnak, pl. jelentős felületű tükrök. A heliosztátok egy tartóra vannak szerelve és vezérelhetők központosított rendszer, felelős a tükrök helyzetének megváltoztatásáért. A heliosztátok állandóan a nap felé orientálódnak, helyzetük a nap helyzetének megfelelően változik. Így lehetséges a maximális hatékonyság elérése a villamosenergia-termelésben. Ha a napelemtornyot magas naptevékenységű területre telepítik, a felmelegített levegő hőmérséklete elérheti a 80-100 Celsius-fokot.

A berendezésben használt turbinák folyadék melegítésével termelnek áramot. A forró levegő hatására a víz gőzállapotba kerül, a gőz hatására pedig a turbina elmozdul. BAN BEN nagy telepítések ebből a típusból forró só (nátrium-nitrát és kálium-nitrát keveréke) használható, amely tökéletesen megtartja a felmelegített levegő hőjét. Éjszaka és elégtelen naptevékenység idején a tápellátást tartalék akkumulátorok biztosítják. A tükrök használatának nagy hatékonysága tagadhatatlan - használatuknak köszönhetően egy ponton biztosítható a napenergia maximális koncentrációja, és ettől közvetlenül függ a villamosenergia-termelés folyamata.

Fontos, hogy a talaj erős felmelegedése mellett a nappali órákban a felmelegített talaj maradékhőjéből további hőenergiát lehessen nyerni. A napelemes torony működésének első változatában a naphő felhalmozódása a talajon a lábánál nagyobb működési hatékonyságot jelent erős hőmérsékletváltozások mellett. Ezt a tényt Előnyössé teszi a napelemes tornyok használatát olyan területeken, ahol jelentős napi hőmérséklet-ingadozások tapasztalhatók.

Nyilvánvaló, hogy a tervezés bonyolultsága és a magas költségek miatt a napelem tornyokat még mindig meglehetősen ritkán használják, ezek főként nagy szervezetek vagy kormányok által támogatott „kísérleti” projektek. A napelemes toronynak két fő hátránya van ehhez: a telepítés bonyolultsága és az összességében magas költség (az alkatrészek, a telepítés és a kezdeti költségek miatt kapott 1 watt). De az előnyök nagyon csábítóak: hatalmas teljesítmény (akár több gigawatt évente), könnyű kezelhetőség és szinte lehetetlen meghibásodás. Egyes esetekben a design tájtervezési szempontból is vonzónak tűnik.

A mérnökök kifejlesztettek egy üvegházat, amely felmelegíti a levegőt a nap alatt. Az üvegház fölé egy csövet „húznak”, amelyben ez a levegő huzatot hoz létre. A csőbe turbinákat kell beépíteni. Minden egyszerűnek tűnik, hacsak nem veszi figyelembe, hogy az üvegház átmérőjének néhány kilométernek kell lennie, és a cső magasságának 800 méternek kell lennie.

Az ausztrál EnviroMission cég, amely még 2002-ben meglepte a világot egy „babiloni naptorony” ötletével, úgy tűnik, végre megtalálta a megértést, ha nem is hazájában, ahol a megkezdett projekt soha nem valósult meg, de kb. legkevésbé a tengerentúlon.

Az ausztrálok azt tervezik, hogy Arizonában építenek egy banális „naptorony” nevű erőművet. Az építkezés lebonyolítására idén júniusban a Faithful+Gould tanácsadó céget vonták be a projektbe. Az EnviroMission jelenleg a terület megszerzésével és az első munkálatok tervezésével van elfoglalva.

A Solar Tower szívében egy hatalmas kerek üvegház. Napközben egy sivatagi területen normál körülmények között is 40 fokig melegszik a levegő, egy gigantikus üvegház átlátszó fóliája vagy üvege alatt pedig akár a 80 °C-ot is elérheti.

Az ausztrálok szerint a felmelegített levegő a szerkezet közepébe áramlik majd, ahol egy 800 méteres cső emelkedik fel. A bázison 32 turbina forgó generátor lesz. Teljes csúcsteljesítményük 200 megawatt lesz.

A Naptorony által megtermelt energia körülbelül 100 ezer tipikus amerikai háztartás vagy egy százezernél nagyobb lélekszámú település áramellátására lesz elegendő. Ráadásul egy azonos teljesítményű hagyományos hőerőműhöz képest a világ legmagasabb kéményével rendelkező üvegház mintegy 900 ezer tonna kibocsátást takarít meg. szén-dioxidévben.

A javasolt technológia előnyei a következők. A torony huzata nem az üvegházi hőmérséklet abszolút értékétől függ, hanem a benne lévő levegő és a csövet körülvevő levegő hőmérséklet-különbségétől. nagy magasságban. Ezért a Solar Tower szinte bármilyen időjárási viszonyok között működhet.

Ezenkívül egy ilyen torony éjszaka továbbra is elektromos energiát termel, mivel napközben az üvegház alatti talaj nagyon jelentősen felmelegszik, és hosszú ideig képes felmelegíteni a levegőt a film alatt.

Ez az erőmű körülbelül 750 millió dollárba kerül. A fejlesztők nem részletezik, honnan szerezték be a forrást, és hogy a szükséges összeg rendelkezésre áll-e már. De bár a kolosszus építése még nem kezdődött el, az EnviroMission már megállapodást kötött a dél-kaliforniai közenergia-hatósággal a napelemes torony által termelt energia megvásárlásáról.

Gizmag szerint ezt a megállapodást 30 évre kötötték.

Eközben az EnviroMission saját becslései szerint a napenergia-torony mindössze 11 éven belül megtérül az építése, ez az óriás pedig legalább 80 évig állhat. Ez ambiciózus cél és nehéz feladat a rekordcsövet tervező mérnökök számára.

Vajon az ausztrálok teljesíteni tudják a terveikat? Az SCPPA-val kötött megállapodás értelmében az arizonai torony várhatóan 2015 első felében kezdi meg a hálózat áramellátását.

Naptorony – Ausztrál mérnökök olyan üvegházat fejlesztettek ki, amely felmelegíti a levegőt a nap alatt (6.5. ábra). Az üvegház felett legyen egy cső, amelyben ez a levegő huzatot hoz létre. Az üvegház átmérőjének néhány kilométernek, a cső magasságának pedig 800 méternek kell lennie. Ennek a napenergia-átalakítási módszernek a becsült hatásfoka körülbelül 60%. A projektet Arizonában hajtják végre.

A Solar Tower szívében egy hatalmas, kör alakú üvegház található. Napközben egy sivatagi területen normál körülmények között is 40 fokig melegszik a levegő, egy gigantikus üvegház átlátszó fóliája vagy üvege alatt pedig akár a 80 °C-ot is elérheti. A tudósok szerint a felmelegített levegő a szerkezet közepébe fog áramlani, ahol egy 800 méteres cső emelkedik fel. A bázison 32 turbina forgó generátor lesz. Teljes csúcsteljesítményük 200 megawatt lesz.

Rizs. 6.5. Napelemes torony

A környezeti hőmérséklet minden száz méter magasságban körülbelül egy fokkal csökken. Ez az üvegházhatás miatti talajlevegő felmelegedésével együtt jó hőmérséklet-különbséget kell, hogy biztosítson a toronynak kívül és belül, és ezáltal szilárd függőleges tolóerőt.

A Naptorony által megtermelt energia körülbelül 100 ezer tipikus háztartás vagy egy százezer fő feletti város energiaellátására lesz elegendő. Ráadásul egy azonos teljesítményű hagyományos hőerőműhöz képest a világ legmagasabb kéményével rendelkező üvegház évente mintegy 900 ezer tonna szén-dioxid-kibocsátást takarít meg.

A javasolt technológia előnyei olyanok, hogy a torony huzata nem az üvegházi hőmérséklet abszolút értékétől, hanem a benne lévő levegő és a csövet nagy magasságban körülvevő levegő hőmérséklet-különbségétől függ. Ezért a Solar Tower szinte bármilyen időjárási viszonyok között működhet.

Ezenkívül egy ilyen torony éjszaka továbbra is elektromos energiát termel, mivel napközben az üvegház alatti talaj nagyon jelentősen felmelegszik, és hosszú ideig képes felmelegíteni a levegőt a film alatt.

A fejlesztők azt állítják, hogy az erőtorony gyakorlatilag nem igényel karbantartást, kivéve az időszakos ellenőrzést és a turbinák és generátorok esetleges javítását.

Ez az erőmű körülbelül 750 millió dollárba kerül. A napenergia-torony várhatóan mindössze 11 éven belül megtérül az építése, és ez az energetikai létesítmény legalább 80 évig állhat majd.

A fejlesztők szerint a felfelé ívelő napelemtorony felhős időben is üzemképes lesz. A szétszórt és a felhőkön és a ködön áthaladó sugárzás, különösen az infravörös komponens, elegendő lesz az üvegház levegőjének felmelegítéséhez, bár nem olyan erős, mint tiszta időben.

Éjszakai naperőmű

Éjszakai naperőmű - központi toronyon, koncentrátortükör-mezőkön és nagy olvadt sótároló tartályon alapuló napelemes erőmű, Sevilla közelében, Fuentes de Andalucia városában üzembe helyezve (6.6. ábra).

A 19,9 megawatt maximális teljesítményű erőmű évente 110 gigawattóra energiát termel majd. A telepítés az év több mint 270 napján garantálja az áramtermelést. Ez körülbelül háromszor több, mint más alternatív energiarendszereknél, amelyekről ismert, hogy a források változékonyságától szenvednek (legyen szó napról, hullámokról vagy szélről).

VAL VEL Az állomás titka egy nagy olvadt sótartályban rejlik, amely közbenső hordozó szerepét tölti be a hő útjában a napsugárzás vevőjétől a gőzturbinákig.

Rizs. 6.6. Éjszakai naperőmű

A mérnökök korábban is kísérleteztek a hőenergia puffertározásával a naperőművekben, de soha ilyen nagy méretben. Az a tény, hogy a hőtároló berendezés napnyugta után akár 15 óráig is képes energiával ellátni a komplexumot.

A központi vevőn átfolyó só a napsugarak alatt, a tükrök által ezerszer összenyomva, több mint 500 Celsius fokra melegszik fel.

Az új erőmű termikus pufferképessége elegendő az egész éjszaka vagy például egy teljes felhős nap lefedésére. Ez a tulajdonság lehetővé teszi a létesítmény megszakítás nélküli működését a nap 24 órájában és az év legtöbb napján.

A partnereknek 427 millió dollárba kerülő Gemasolar állomás már csatlakozik az energiahálózathoz. Akár 25 ezer otthont is képes ellátni energiával, miközben a CO 2 kibocsátásban évi 30 ezer tonnára becsülhető megtakarítás.

Fotó: © Markel Redondo/Greenpeace

Válogatott fényképeket ajánlunk figyelmébe, amelyek a napenergia fejlesztését illusztrálják Spanyolországban. A képen nem hagyományos fotovoltaikus panelek, hanem koncentráló állomások napenergia(angolul CSP - koncentráló napenergia).
Ezek az állomások hő- és elektromos energiát termelnek. Több száz tükör koncentrálja a napsugarakat, felmelegítve a hűtőfolyadékot. A keletkező hőt ezután hagyományos áramtermelésre használják fel, például gőzzel vagy gázturbina vagy Stirling motor.
A tükrök sokféle formájúak és használhatók különféle módszerek a nap helyzetének követése, használata különböző utak Termelés hasznos energia, de működési elve ugyanaz. Ma az egyes ilyen állomások teljesítménye általában 50-280 MW (mérettől függően), de lehet nagyobb is. A koncentrikus erőművek jellemzően lényegesen nagyobbak, mint a fotovoltaikus erőművek (a napfény közvetlenül villamosenergia-termelésre).
De a CSP állomásoknak van egy nagy előnye. A technológia lehetővé teszi az energia tárolását. A napközben összegyűjtött naphő folyékony vagy szilárd közegben (olvadt só, kerámia, beton) tárolható. Éjszaka eltávolítható és támogatja a turbina működését.
Az előrejelzések szerint a CSP 2030-ra a világ energiaszükségletének 7%-át, 2050-re pedig akár egynegyedét is képes lesz biztosítani. A világban jelenleg a beépített CSP kapacitás körülbelül 1 GW. Az ilyen állomásokon nyert energia költsége kW-óránként 14-18 cent.

Greenpeace jelentés a CSP állomásokról és fejlesztésük kilátásairól: http://www.greenpeace.org/raw/content/international/press/reports/concentrating-solar-power-2009.pdf

Cikk a spanyolországi napelem tornyokról a Membranán: http://www.membrana.ru/particle/3189

La Dehesa, 50 MW parabolikus erőmű olvadt só energiatároló rendszerrel. Az éves villamosenergia-termelés 160 millió kWh. Az állomáson 225 792 tükör és 672 napkollektor található, amelyek teljes hossza meghaladja a 100 km-t.

Állomásvezérlő helyiség.

11 MW-os állomás. Minden tükör területe 120 négyzetméter. méter. napsugarak egy 115 méteres torony tetején összpontosul, ahol egy turbina található, amely egy generátort forgat, amely áramot termel.

Alkatrészek gyártása az állomás számára.

A hűtőfolyadékot tartalmazó üvegcsövek.

15 MW-os állomás. Az energiatároláshoz olvadt sót is használnak. A rendszer lehetővé teszi a tárolt energia felszabadítását 16 órán keresztül! Az állomás évente 6570 órát üzemel sikeresen (a lehetséges 8769-ből).

Napelemes torony.

Minden fotó: & Copy Markel Redondo / Greenpeace

djuga: ez nem veszi figyelembe a földköltséget. A naperőművek hatalmasat foglalnak el területről nagyon alacsony napenergia-sűrűség. 1400 W energia érkezik négyzetméterenként. Az éjszakákat és nappalokat figyelembe véve ez a mennyiség a felére csökken, a tükrök forgása és a nap nem optimális esti és reggeli állása, légköri veszteségek miatt - így is legalább 2-szeresére csökken, de a hatásfok szintén maximum 30%. Összesen körülbelül 120 W áramot lehet eltávolítani a mérőből. 120 MW-hoz 120 millió kellene négyzetméter vagy 120 négyzetkilóméter. Valahogy kétséges, hogy Izrael beleegyezett egy ilyen terület tükrös elfoglalásába.

djuga 2018. január 14 | 15:56

geokrilov: Valahogy kétséges, hogy Izrael beleegyezett egy ilyen terület tükrös elfoglalásába.
=========================================================================================

Milyen kétségek merülnek fel, amikor a torony már áll? Úgy gondolom, hogy minden lehetőségüket figyelembe vették, mérlegelték az összes előnyt és hátrányt.

djuga 2018. január 14 | 22:48

geokrilov: a valós átlagteljesítmény nem 120 megawatt lesz, hanem 3-szor kevesebb.
============================================================================

Szerinted nem érte meg ezt csinálni?
Sajnálom, de nem tudom, hogyan tud ilyen számításokat végezni térden állva anélkül, hogy rendelkezne minden adattal. De még ha igazad is van, az első mobiltelefonok kilogrammokat nyomtak, és 100 évvel ezelőtt egy gőzmozdony hatásfoka körülbelül 7% volt, ha emlékezetem nem csal.

geokrilov 2018. január 15 | 04:23

djuga: Nyugdíjas mérnök vagyok (_MVTU űrhajó szerelője), akkor még nem voltak számológépek, és a számításokat vonalzón végezték. Elmagyarázhatnám a napelemeket. A mobiltelefonok a kommunikációról és az információról szólnak. Mivel diákként gondolkodtam a BESM6-on, a mobiltelefonok nagyobb tisztítóerővel rendelkeznek, mint az akkori nagyszámítógépek. És egy napelem hatásfoka akkor 12% volt, de ma már nem haladja meg a 20-at. A sorosak 15 százalékosak.
És igen, nem szabad reménykedni alternatív források. Sőt, úgy tűnik, Izraelben gázmezőket és olajlelőhelyeket találtak a Földközi-tengerben. A legrosszabb esetben atomerőművet építhet.
A gőzmozdony hatásfoka kettős expanziós géppel és kilépő hőcserélővel növelhető, de elméleti hatásfoka nem haladja meg a Carnot-ciklusból kapottét, Napenergia hatékonyság napelemes állomások ill napelem nem lehet egy bizonyos érték felett megtenni.
Alternatív források indokoltak ott, ahol az elektromos vezetékek nem érhetők el. Például egy Kolimai meteorológiai állomás vagy valahol a Krasznojarszk Terület mobilállomásainak táplálására.

djuga 2018. január 15 | 07:49

geokrilov: A mobiltelefonok a kommunikációról és az információról szólnak.
===============================================================

Igen, igen, és a gőzmozdonyok a közlekedésről szólnak.
Nincs kétségem képzettsége és tapasztalata felől. De nem az alternatív energiákra való teljes átállásról beszélünk, hanem csak a nem megújuló forrásból folyó részarány csökkentéséről, és ebből a szempontból a megvalósuló projekt 20%-os hatásfokkal is racionális. Ráadásul környezetbarát és biztonságos, és nem igényel hatalmas infrastruktúrát, ellentétben minden hőerőművel.