Güneş kulesi ayna alanlarından ışınları toplar. Güneş kulesi enerji santrali

Güneş panellerinin (fotovoltaik modüller) ortaya çıkışı, bir bütün olarak küresel enerji sektörü için benzersiz derecede önemli bir olgudur. Fosil yakıtların, petrolün ve gazın fiyatlarındaki önemli artışla birlikte alternatif güneş enerjisinin geliştirilmesi en umut verici gibi görünüyor, bu nedenle dünya çapındaki bilim adamları güneş enerjisini ısıya dönüştürme verimliliğini artırmanın yollarını arıyor ve elektrik enerjisi.

Güneş enerjisini dönüştürmenin belki de en yenilikçi yollarından biri, bir enerji santralinin (bir güneş kulesi) tasarımıdır. Güneş kulesinin basitleştirilmiş çalışma prensibi oldukça basittir. Güneş ısısı doğrudan kulenin tabanındaki bir alanda yoğunlaşıyor. Bu alan kaplıdır iyi ısı yalıtkanı. Birikmiş hacim sıcak hava yükselir ve kurulumun merkezi deliğinde sona erer. Bu durumda elektrik, ısıtılmış havanın doğal yükselişi nedeniyle üretilir.

Ancak güneş ışığının enerjisini yoğunlaştırmak için aynaları kullanmak çok daha etkilidir. Güneş ışığının yansıttığı büyük miktar Kulenin etrafına yerleştirilen aynalar (birkaç yüz veya binlerce), daha sonra maksimuma sahip olacak şekilde tek bir noktada yoğunlaşmıştır. potansiyel enerji. Bu amaçla heliostatlar kullanılır; önemli bir yüzey alanına sahip aynalar. Heliostatlar bir destek üzerine monte edilir ve kontrol edilir merkezi sistem, aynaların konumunu değiştirmekten sorumludur. Heliostatların güneşe doğru sabit bir yönelimi vardır, güneşin konumuna göre konumları değişir. Böylece elektrik üretiminde maksimum verim elde etmek mümkündür. Güneş kulesi güneş enerjisi aktivitesinin yüksek olduğu bir alana kurulursa, ısıtılan havanın sıcaklığı 80-100 santigrat dereceye ulaşabilir.

Tesisatta kullanılan türbinler bir sıvıyı ısıtarak elektrik üretiyor. Sıcak hava, suyun buhar haline gelmesine neden olur ve buharın hareketi türbinin hareket etmesine neden olur. İÇİNDE büyük kurulumlar Bu türden, ısıtılmış havanın ısısını mükemmel şekilde koruyan sıcak tuz (sodyum nitrat ve potasyum nitrat karışımı) kullanılabilir. Geceleri ve güneş enerjisi aktivitesinin yetersiz olduğu dönemlerde güç, yedek pillerden sağlanır. Ayna kullanmanın yüksek verimliliği yadsınamaz - kullanımları sayesinde bir noktada maksimum güneş enerjisi konsantrasyonunu sağlamak mümkündür ve elektrik üretme süreci doğrudan buna bağlıdır.

Gündüz saatlerinde toprağın güçlü bir şekilde ısıtılması koşulları altında, ısıtılan toprağın artık ısısından ek termal enerji elde edilmesinin mümkün olması önemlidir. Güneş kulesinin işleyişinin ilk versiyonunda, güneş ısısının ayak tabanında birikmesi, şiddetli sıcaklık değişimlerinde daha yüksek çalışma verimliliği anlamına gelir. Bu gerçek Günlük sıcaklık değişimlerinin belirgin olduğu bölgelerde güneş kulelerinin kullanımını avantajlı hale getiriyor.

Tasarımın karmaşıklığı ve yüksek maliyet nedeniyle güneş kulelerinin hala oldukça nadir kullanıldığı açıktır; bunlar çoğunlukla büyük kuruluşlar veya hükümetler tarafından desteklenen "pilot" projelerdir. Bununla bağlantılı bir güneş enerjisi kulesinin iki ana dezavantajı vardır: kurulumun karmaşıklığı ve genel olarak yüksek maliyet (bileşenlerin, kurulumun ve başlangıç ​​maliyetleri nedeniyle alınan 1 watt'ın). Ancak avantajları çok cazip: muazzam güç (yılda birkaç gigawatt'a kadar), kullanım kolaylığı ve arızaların neredeyse imkansızlığı. Bazı durumlarda tasarım, peyzaj tasarımı açısından da çekici görünüyor.

Mühendisler güneş altında havayı ısıtan bir sera geliştirdiler. Seranın üzerine bu havanın çekiş oluşturacağı bir boru “çekilir”. Türbinler boruya monte edilmelidir. Seranın çapının birkaç kilometre, boru yüksekliğinin ise 800 metre olması gerektiğini hesaba katmazsanız her şey basit görünüyor.

2002 yılında “Babil güneş kulesi” fikriyle dünyayı şaşırtan Avustralyalı şirket EnviroMission, kendi ülkesinde olmasa bile, başlatılan projenin hiçbir zaman gerçekleşmediği, ancak en sonunda anlaşılmış gibi görünüyor. en azından yurt dışında.

Avustralyalılar Arizona'da sıradan bir isim olan "güneş kulesi" ile bir enerji santrali kurmayı planlıyorlar. İnşaatı yönetmek için bu yılın Haziran ayında danışmanlık şirketi Faithful+Gould projeye dahil oldu. EnviroMission şu anda arazi satın almak ve sahadaki ilk çalışmaları planlamakla meşgul.

Güneş Kulesi'nin kalbinde devasa bir yuvarlak sera. Gündüzleri çöl bölgesinde, normal şartlarda bile hava 40 dereceye kadar ısınır ve devasa bir seranın şeffaf filmi veya camı altında sıcaklık 80 °C'ye kadar çıkabilir.

Avustralyalılara göre ısınan hava, 800 metrelik bir borunun yükseldiği yapının merkezine doğru akacak. Üssünde jeneratörleri döndüren 32 türbin olacak. Toplam zirve güçleri 200 megavat olacak.

Güneş Kulesi'nin ürettiği enerji, yaklaşık 100 bin tipik Amerikan hanesine veya nüfusu yüz binden fazla olan bir kasabaya enerji sağlamaya yeterli olacak. Üstelik dünyanın en yüksek bacasına sahip bir sera, aynı güçte konvansiyonel termik santralle karşılaştırıldığında yaklaşık 900 bin ton emisyon tasarrufu sağlayacak. karbon dioksit yıl içinde.

Önerilen teknolojinin avantajları aşağıdaki gibidir. Kuledeki hava akımı seradaki sıcaklığın mutlak değerine değil, içindeki hava ile boruyu çevreleyen hava arasındaki sıcaklık farkına bağlıdır. yüksek irtifa. Bu nedenle Güneş Kulesi hemen hemen her türlü hava koşulunda çalışabilir.

Ayrıca böyle bir kule geceleri de elektrik enerjisi üretmeye devam edecektir, çünkü gün içerisinde seranın altındaki toprak çok önemli ölçüde ısınacak ve filmin altındaki havayı uzun süre ısıtabilecektir.

Bu santralin maliyeti yaklaşık 750 milyon dolar olacak. Geliştiriciler, fonların nereden elde edildiğini ve gerekli miktarın halihazırda mevcut olup olmadığını belirtmiyor. Ancak dev heykelin inşaatı henüz başlamamış olsa da EnviroMission, Güneş Kulesi'nin üreteceği enerjiyi satın almak için Güney Kaliforniya Kamu Enerji Kurumu ile halihazırda bir anlaşma imzaladı.

Gizmag'a göre bu anlaşma 30 yıllığına imzalandı.

Bu arada EnviroMission'ın kendi tahminlerinden de anlaşılacağı üzere güneş enerjisi kulesi inşaatını sadece 11 yılda karşılayacak ve bu dev en az 80 yıl ayakta kalabilecek. Bu, rekor kıran boruyu tasarlayan mühendisler için iddialı bir hedef ve zor bir görevdir.

Avustralyalılar planlarını gerçekleştirebilecek mi? SCPPA ile yapılan anlaşma uyarınca Arizona kulesinin 2015 yılının ilk yarısında şebekeye elektrik sağlamaya başlaması bekleniyor.

Güneş kulesi - Avustralyalı mühendisler, güneş altındaki havayı ısıtan bir sera geliştirdiler (Şekil 6.5). Seranın üstünde bu havanın çekiş oluşturacağı bir boru bulunmalıdır. Seranın çapı birkaç kilometre, borunun yüksekliği ise 800 metre olmalıdır. Güneş enerjisini dönüştürmeye yönelik bu yöntemin tahmini verimliliği yaklaşık %60'tır. Proje Arizona'da uygulanıyor.

Güneş Kulesi'nin kalbinde devasa, dairesel bir sera var. Gündüzleri çöl bölgesinde, normal şartlarda bile hava 40 dereceye kadar ısınır ve devasa bir seranın şeffaf filmi veya camı altında sıcaklık 80 °C'ye kadar çıkabilir. Bilim adamlarına göre ısınan hava, 800 metrelik bir borunun yükseldiği yapının merkezine doğru akacak. Üssünde jeneratörleri döndüren 32 türbin olacak. Toplam zirve güçleri 200 megavat olacak.

Pirinç. 6.5. Güneş kulesi

Ortam sıcaklığı her yüz metre yükseklikte yaklaşık bir derece düşer. Sera etkisi nedeniyle yer havasının ısınmasıyla birlikte bu, kuleye dış ve iç arasında iyi bir sıcaklık farkı ve dolayısıyla sağlam bir dikey itme sağlamalıdır.

Güneş Kulesi'nin ürettiği enerji, yaklaşık 100 bin hanenin veya nüfusu yüz binin üzerinde olan bir kasabanın enerji ihtiyacını karşılamaya yetecek. Üstelik aynı güçteki konvansiyonel termik santralle karşılaştırıldığında dünyanın en yüksek bacasına sahip bir sera yılda yaklaşık 900 bin ton karbondioksit emisyonu tasarrufu sağlayacak.

Önerilen teknolojinin avantajları, kuledeki çekişin seradaki sıcaklığın mutlak değerine değil, içindeki hava ile boruyu çevreleyen yüksek rakımlı hava arasındaki sıcaklık farkına bağlı olmasıdır. Bu nedenle Güneş Kulesi hemen hemen her türlü hava koşulunda çalışabilir.

Ayrıca böyle bir kule geceleri de elektrik enerjisi üretmeye devam edecektir, çünkü gün içerisinde seranın altındaki toprak çok önemli ölçüde ısınacak ve filmin altındaki havayı uzun süre ısıtabilecektir.

Geliştiriciler, türbinlerin ve jeneratörlerin periyodik muayenesi ve olası onarımı dışında, güç kulesinin neredeyse hiç bakım gerektirmeyeceğini iddia ediyor.

Bu santralin maliyeti yaklaşık 750 milyon dolar olacak. Güneş enerjisi kulesinin yapımının maliyetini sadece 11 yılda karşılaması, bu enerji tesisinin ise en az 80 yıl ayakta kalabilmesi bekleniyor.

Geliştiricilere göre, yukarı çekişli güneş kulesi bulutlu bir günde bile çalışabilecek. Bulutların ve pusun içinden yayılan ve özellikle kızılötesi bileşenden geçen radyasyon, açık havadaki kadar güçlü olmasa da seradaki havayı ısıtmak için yeterli olacaktır.

Gece güneş enerjisi santrali

Gece güneş enerjisi santrali - merkezi bir kuleye, yoğunlaştırıcı ayna alanlarına ve büyük bir erimiş tuz depolama tankına dayanan bir güneş enerjisi santrali, Fuentes de Andalucia şehrinde Sevilla yakınlarında görevlendirildi (Şekil 6.6).

Maksimum 19,9 megavat kapasiteye sahip olan tesis, yılda 110 gigawatt saat enerji üretecek. Tesis, yılda 270 günden fazla elektrik üretimini garanti ediyor. Bu, kaynak değişkenliğinden (güneş, dalga veya rüzgar) muzdarip olduğu bilinen diğer alternatif enerji sistemlerinden yaklaşık üç kat daha fazladır.

İLE İstasyonun sırrı, güneş ışınımı alıcısından buhar türbinlerine kadar ısı yolunda bir ara taşıyıcı rolü oynayan büyük bir erimiş tuz rezervuarında yatmaktadır.

Pirinç. 6.6. Gece güneş enerjisi santrali

Mühendisler daha önce güneş enerjisi santrallerinde termal enerji depolamanın tamponlanmasıyla ilgili deneyler yapmıştı, ancak hiçbir zaman bu kadar büyük ölçekte olmamıştı. Gerçek şu ki, ısı depolama cihazı gün batımından sonra 15 saate kadar komplekse enerji sağlayabiliyor.

Güneş ışınları altında merkezi alıcıdan geçen, aynalar tarafından binlerce kez sıkıştırılan tuz, 500 santigrat derecenin üzerinde bir sıcaklığa kadar ısıtılır.

Yeni enerji santralinin termal tamponlama kapasitesi tüm geceyi veya örneğin tüm bulutlu bir günü kapsayacak kadar yeterli. Bu özellik tesisatın günün 24 saati ve yılın çoğu günü kesintisiz çalışmasına olanak sağlar.

Ortaklara 427 milyon dolara mal olan Gemasolar istasyonu halihazırda enerji şebekesine bağlı. 25 bine kadar eve enerji sağlayabilirken, CO2 emisyonlarında tahmini tasarruf yılda 30 bin tondur.

Fotoğraf: &kopya Markel Redondo/Greenpeace

İspanya'da güneş enerjisinin gelişimini gösteren fotoğraflardan bir seçkiyi dikkatinize sunuyoruz. Fotoğrafta - geleneksel fotovoltaik paneller değil, konsantre istasyonlar Güneş enerjisi(İngilizce, CSP - konsantre güneş enerjisi).
Bu istasyonlar ısı ve elektrik enerjisi üretiyor. Yüzlerce ayna güneş ışınlarını yoğunlaştırarak soğutucuyu ısıtır. Ortaya çıkan ısı daha sonra örneğin buhar veya buhar yoluyla geleneksel enerji üretimi için kullanılır. gaz türbini veya Stirling motoru.
Aynalar çeşitli şekillerde olabilir ve kullanılabilir çeşitli metodlar güneşin konumunu takip etmek, Farklı yollarüretme faydalı enerji ancak çalışma prensibi aynıdır. Bugün, bu tür istasyonların gücü kural olarak 50 - 280 MW'tır (boyuta bağlı olarak), ancak daha yüksek de olabilir. Eşmerkezli bitkiler tipik olarak fotovoltaik bitkilerden önemli ölçüde daha büyüktür (kullanılarak Güneş ışığı doğrudan elektrik üretimi için).
Ancak CSP istasyonlarının büyük bir avantajı var. Teknoloji enerji depolamaya izin veriyor. Gün içinde toplanan güneş ısısı sıvı veya katı ortamlarda (erimiş tuz, seramik, beton) depolanabilir. Geceleri çıkarılıp türbinin çalışmasına destek olabilir.
Tahminlere göre CSP, 2030 yılına kadar dünya enerji ihtiyacının %7'sini, 2050 yılına kadar ise dörtte birini karşılayabilecek. Bugüne kadar dünyadaki kurulu CSP kapasitesi yaklaşık 1 GW'tır. Bu tür istasyonlarda elde edilen enerjinin maliyeti kWsaat başına 14-18 senttir.

Greenpeace'in CSP istasyonları ve bunların geliştirilmesine yönelik beklentiler hakkındaki raporu: http://www.greenpeace.org/raw/content/international/press/reports/concentrating-solar-power-2009.pdf

Membrana'da İspanya'daki güneş kuleleri hakkında makale: http://www.membrana.ru/particle/3189

La Dehesa, erimiş tuz enerji depolama sistemine sahip 50 MW parabolik tesis. Yıllık elektrik üretimi 160 milyon kWh'dir. İstasyonda 225.792 adet ayna ve 672 adet güneş kolektörü bulunmaktadır ve bunların toplam uzunluğu 100 km'den fazladır.

İstasyon kontrol odası.

11 MW'lık istasyon. Her aynanın alanı 120 metrekaredir. metre. Güneş ışınları Elektrik üreten bir jeneratörü döndüren bir türbinin bulunduğu 115 metrelik bir kulenin tepesinde yoğunlaşmıştır.

İstasyon için bileşenlerin üretimi.

Soğutucu içeren cam tüpler.

15 MW'lık istasyon. Ayrıca enerji depolamak için erimiş tuz kullanıyorlar. Sistem, depolanan enerjiyi 16 saat boyunca serbest bırakmanıza olanak tanır! İstasyon yılda 6570 saat (mümkün olan 8769 saatten) başarıyla çalışmaktadır.

Güneş kulesi.

Tüm fotoğraflar: &kopya Markel Redondo / Greenpeace

Djuga: Bu, arazinin maliyetini hesaba katmıyor. Güneş enerjisi santralleri büyük yer kaplıyor alançok düşük güneş enerjisi yoğunluğu. Metrekare başına 1400 W enerji gelir. Geceleri ve gündüzleri hesaba katarsak, aynaların dönmesi ve güneşin akşam ve sabah optimal olmayan konumu, atmosferik kayıplar nedeniyle bu miktar yarıya düşer - yine de en az 2 kat azalır, ancak verimlilik Ayrıca maksimum %30. Toplamda yaklaşık 120 W elektrik sayaçtan çekilebilmektedir. 120 MW için 120 milyona ihtiyacınız olacak metrekare veya 120 KİLOMETRE kare. İsrail'in aynalarla dolu böyle bir bölgeyi işgal etmeyi kabul etmesi bir bakıma şüpheli.

Djuga 14 Ocak 2018 | 15:56

geokrilov: İsrail'in aynalarla dolu böyle bir alanı işgal etmeyi kabul etmesi bir şekilde şüpheli.
=========================================================================================

Kule zaten ayaktayken şüpheler neler? Tüm olasılıklarını hesaba kattıklarına, tüm artıları ve eksileri tarttıklarına inanıyorum.

Djuga 14 Ocak 2018 | 22:48

Geokrilov: Gerçek ortalama güç 120 megawatt değil, 3 kat daha az olacak.
============================================================================

Bunu yapmaya değmeyeceğini mi düşünüyorsun?
Üzgünüm ama tüm verilere sahip olmadan bu tür hesaplamaları dizlerinizin üzerinde nasıl yapabildiğinizi bilmiyorum. Ama haklı olsanız bile, ilk cep telefonları kilogram ağırlığındaydı ve hafızam beni yanıltmıyorsa, 100 yıl önce buharlı lokomotifin verimliliği %7 civarındaydı.

jeokrilov 15 Ocak 2018 | 04:23

djuga: Ben emekli bir mühendisim (MVTU uzay aracı tamircisi), o zamanlar hesap makineleri yoktu ve hesaplamalar bir cetvel üzerinde yapılıyordu. Güneş panelleri hakkında açıklama yapabilirim. Cep telefonları iletişim ve bilgi ile ilgilidir. Öğrenciyken BESM6'da bir şeyler düşündüğüm için cep telefonlarının o zamanın ana bilgisayarlarından daha fazla temizleme gücü var. Bir güneş pilinin verimliliği o zaman yüzde 12 idi ama şimdi 20'yi geçmiyor. Seri olanlar yüzde 15.
Ve evet, umut etmemelisin alternatif kaynaklar. Üstelik İsrail'in Akdeniz'de gaz sahaları ve petrol yatakları bulduğu anlaşılıyor. En kötü ihtimalle nükleer santral inşa edebilirsiniz.
Bir buharlı lokomotifin verimliliği, çift genleşmeli bir makine ve bir çıkış ısı değiştiricisi ile artırılabilir, ancak teorik verimliliği, Carnot çevriminden elde edilenden daha yüksek değildir. Güneş enerjisi verimliliği güneş istasyonları veya Güneş pili belli bir değerin üzerine yapılamaz.
Enerji hatlarına ulaşılamayan yerlerde alternatif kaynaklar haklı çıkar. Örneğin, Kolyma'daki bir meteoroloji istasyonuna veya Krasnoyarsk Bölgesi'ndeki herhangi bir yerdeki hücresel istasyonlara güç sağlamak için.

Djuga 15 Ocak 2018 | 07:49

geokrilov: Cep telefonları iletişim ve bilgiyle ilgilidir.
===============================================================

Evet, evet ve buharlı lokomotifler ulaşımla ilgilidir.
Nitelikleriniz ve deneyiminiz hakkında hiçbir şüphem yok. Ama tamamen alternatif enerjiye geçişten değil, sadece yenilenemeyen kaynakların payının azaltılmasından bahsediyoruz ve bu açıdan bakıldığında yüzde 20 verimlilikle bile hayata geçirilen proje oldukça rasyonel. Ayrıca çevre dostu ve güvenlidir, herhangi bir termik santralden farklı olarak çok büyük bir altyapı gerektirmez.