Основные элементы солнечной электростанции

 

    Установка для превращения солнечной энергии в электроэнергию называется солнечной электрической станцией (СЭС). По конструкции СЭС делятся на установки башенного и модульного типа. В СЭС башенного типа вся солнечная радиация, попадающая на отражающие элементы, концентрируются на одном тепловом приемнике. Модульные системы собираются из множества элементов, причем каждый содержит в себе и отражатель, и тепловой приемник. Все модули соединены между собой.

    На рисунке 6.1 изображена башенная СЭС. Лучи солнца падают на зеркальные отражатели (гелиостаты), расположенные концентрично в виде сектора с северной стороны по отношению к башне. Во главе башни располагается центральный тепловой приемник 3, состоящий из сварных трубных панелей. Тепловой приемник 3 воспринимает солнечное излучение, направляемое на него всеми гелиостатами.

 

 

1- гелиостаты; 2-башня; 3-тепловой приемник; 4-паропровод; 5-паровая турбина; 6- электрогенератор; 7 – конденсатор; 8- насос.

Рисунок 6.1 – Схема башенной СЭС

 

    Через центральный тепловой приемник циркулирует рабочее тело (вода), которое нагревается и превращается в пар заданной температуры. Пар по паропроводу 4 поступает в турбину 5, где раскручивается электрогенератор 6 и вырабатывает электроэнергию. После турбины отработавший пар попадает в конденсатор 7, где охлаждается водой и конденсируется. Конденсат при помощи насоса 8 подается в центральный тепловой приемник 3.

    Для увеличения потока энергии, попадающей на гелиостаты, они снабжаются датчиками и электроприводами следящих систем, которые поворачивают отражатели в течение дня вокруг одной или двух осей.

При одноосной следящей системе поток воспринятой энергии увеличивается на 20-22 %, а при двухосной увеличивается на 30% по сравнению с потоком энергии, падающей на неподвижный гелиостат.

.                                                                         (6.1)

    В башенных СЭС коэффициент концентрации  меняется от нескольких сот до нескольких тысяч единиц.

    Гелиостат представляет собой  зеркало площадью в несколько квадратных метров, закреплённое на опоре и подключённое к общей системе позиционирования. Зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве, в зависимости от положения солнца. Основная задача системы слежения - 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°С.. 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.

 

 

    6.2 Схема и принцип действия солнечной электростанции с тепловым аккумулятором

    Продлить время действия СЭС на несколько часов в день (от 4 до 7) мож­но с помощью теплового аккумулятора (рисунок 6.2). В этом случае тепловая схема состоит из двух контуров. Первый контур заполнен термостойким маслом или расплавом солей KNOj + NaN0₂ + NaNOj.     

 

 

1- гелиостат; 2- тепловой приемник; 3- тепловой аккумулятор;

4- парогенератор-пароперегреватель; 5-сборный бак; 6- насос.

Рисунок 6.2 – Схема башенной СЭС с тепловым аккумулятором

 

    Солнечные лучи, отраженные полем гелиостатов 1 попадают на центральный теплоприемник 2 и нагревают в нем промежуточный теплоноситель до температур 390-570°С. Затем нагретый теплоноситель поступает в аккумулятор 3, затем в парогенератор и пароперегреватель 4, а охлажденный - собирается в сборном баке 5 и насосом 6 возвращается в центральный теплоприемник 2.

    Второй контур заполнен водой, которая превращается в пар, проходя че­рез парогенератор-пароперегреватель 4 теплового аккумулятора. Даль­нейшие превращения рабочего тела во втором контуре аналогичны тем, что происходят в паротурбинной установке ТЭЦ, работающей по циклу Ренкина.

    Мощность СЭС рассчитывается с учетом климатических условий, а также эффективности оптической системы для сбора солнечной радиации, термодинамического цикла Ренкина и потерь в турбине и электрогенераторе.

Тогда электрическая мощность СЭС определяется в следующем виде:

,                                                                       (6.2)

    где  - номинальная плотность потока солнечной радиации, кВт/м²;

                     - суммарная площадь зеркал;

                      - оптический КПД зеркальной системы;

                     - КПД приемника солнечной энергии;

                     - внутрений относительный КПД турбины;

                      - механический КПД турбины;

             - КПД, учитывающий потери в парогенераторе и трубопроводе;

                            - КПД собственных нужд СЭС;

              - термический КПД СЭС цикла Ренкина.

 

    6.3 Солнечные электростанции модульного типа

 

    Более широкое распространение, чем башенные СЭС, получили системы модульного типа. Они отличаются тем, что концентратор солнеч­ной энергии 1 соединен с теплоприемником 2 в единый модуль. Кон­центратор - это параболоцилиндрическая оптическая система, в фокусе ко­торой располагается теплоприемник линейного типа. Коэффициент концен­трации этого модуля достигает 100 единиц.

    Концентрирующие гелиоприемникипредставляют собой сферические или параболические зеркала, параболоцилиндры (рисунок 6.3), выполненные из полированного металла, в фокус которых помещают тепловоспринимающий элемент (солнечный котел), через который циркулирует теплоноситель. В качестве теплоносителя используют воду или незамерзающие жидкости. При использовании в качестве теплоносителя воды в ночные часы и в холодный период систему обязательно опорожняют для предотвращения ее замерзания.

    Для обеспечения высокой эффективности процесса улавливания и пре-

образования солнечной радиации концентрирующий гелиоприемник должен

быть постоянно направлен строго на Солнце. С этой целью гелиоприемник снабжают системой слежения, включающей датчик направления на Солнце,

электронный блок преобразования сигналов, электродвигатель с редуктором

для поворота конструкции гелиоприемника в двух плоскостях.

 

1 – солнечные лучи; 2 – тепловоспринимающий элемент (солнечный коллектор); 3 – зеркало; 4 – механизм привода системы слежения;

5 – трубопроводы, подводящие и отводящие теплоноситель.

а – параболический концентратор; б – параболоцилиндрический концентратор.

Рисунок 6.3 - Концентрирующие гелиоприемники

 

    В качестве теплоприемника используется металлическая или стеклянная труба с поглощающим покрытием. Иногда одна труба помешается внутри другой, а пространство между ними вакуумируется, чтобы устранить конвек­цию и уменьшить теплопотери.

    К модульному типу СЭС относятся также системы с концентратором в виде параболоида  (рисунок 6.4).

 

Рисунок 6.4 - Схема оптической системы модульной СЭС

с параболоцилиндрическим концентратором

 

    В фокусе параболоида устанавливается двига­тель Стирлинга  с внешним нагревом рабочего тела. Параболоид позволяет довести коэффициент концентрации до 2000-3000 единиц.

    Отдельные модули соединяются между собой и формируют СЭС требуе­мой мощности. Теплоноситель, нагретый в одном теплоприемнике, поступает во второй и так далее, пока не нагреется до заданной температуры. Затем он перекачивается в общий резервуар. Остальная часть тепловой схемы не отли­чается от тепловых схем башенных СЭС.

    Концентрирующие гелиоприемники также используются в низкотемпературных системах солнечного отопления.

 

    6.4 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 (рисунок 6.5) 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.

 

 

Рисунок 6.5 – Общий вид СЭС, использующей солнечные батареи

 

    Солнечные батареи - один из экологически чистых источников энергии. Солнечная батарея в среднем имеет КПД на выработку электричества 9-24%. Принцип действия солнечных батарей состоит в прямом преобразовании солнечного света в электрический ток. При этом генерируется постоянный ток. Энергия может использоваться как напрямую различными нагрузками постоянного тока, запасаться в аккумуляторных батареях для последующего использования или покрытия пиковой нагрузки, а также преобразовываться в переменный ток напряжением 220 В для питания различной нагрузки переменного тока.

 

    7 Лекция № 7. Преобразование энергии ветра в механическую и электрическую энергию

План лекционного занятия: запасы энергии ветра и возможности ее использования.Происхождение ветра, ветровые зоны Республики Казахстан. Классификация ветродвигателей по принципу работы. Коэффициент использования энергии ветра ветроколесами с различной быстроходностью. 

Цель: сформировать знания и умения в области использования энергии ветра и ветровых зонах на территории РК.

 

Предыдущая123456789Следующая

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: