Saules koncentratori
Būtībā saules koncentratori ļoti atšķiras no fotoelektriskie pārveidotāji… Turklāt termiskā tipa saules elektrostacijas ir daudz efektīvākas nekā fotogalvaniskās elektrostacijas vairāku īpašību dēļ.
Saules koncentratora uzdevums ir fokusēt saules starus uz traukā ar dzesēšanas šķidrumu, kas var būt, piemēram, eļļa vai ūdens, kas labi absorbē saules enerģiju. Koncentrēšanas metodes ir dažādas: paraboliski cilindriski koncentratori, paraboliskie spoguļi vai heliocentriskie torņi.
Dažos koncentratoros saules starojums tiek fokusēts pa fokusa līniju, citos — fokusa punktā, kur atrodas uztvērējs. Saules starojumam atstarojot no lielākas virsmas uz mazāku virsmu (uztvērēja virsmu), tiek sasniegta augsta temperatūra, dzesēšanas šķidrums absorbē siltumu, virzoties cauri uztvērējam. Sistēma kopumā satur arī uzglabāšanas daļu un enerģijas pārneses sistēmu.
Mākoņainos periodos koncentratoru efektivitāte ir ievērojami samazināta, jo tiek fokusēts tikai tiešais saules starojums.Šī iemesla dēļ šīs sistēmas sasniedz visaugstāko efektivitāti reģionos, kur insolācijas līmenis ir īpaši augsts: tuksnešos, ekvatoriālajā reģionā. Lai paaugstinātu saules starojuma izmantošanas efektivitāti, koncentratori ir aprīkoti ar speciāliem izsekotājiem, izsekošanas sistēmām, kas nodrošina visprecīzāko koncentratoru orientāciju saules virzienā.
Tā kā saules enerģijas koncentratoru izmaksas ir augstas un izsekošanas sistēmām ir nepieciešama periodiska apkope, to izmantošana galvenokārt attiecas tikai uz rūpnieciskām elektroenerģijas ražošanas sistēmām.
Šādas iekārtas var izmantot hibrīdsistēmās kopā, piemēram, ar ogļūdeņražu degvielu, tad uzglabāšanas sistēma samazinās saražotās elektroenerģijas izmaksas. Tas kļūs iespējams, jo paaudze tiks veikta visu diennakti.
Parabolisko cauruļu saules koncentratori ir līdz 50 metriem gari, kas atgādina iegarenu spoguļa parabolu. Šāds koncentrators sastāv no ieliektu spoguļu komplekta, no kuriem katrs savāc paralēlus saules starus un fokusē tos uz noteiktu punktu. Gar šādu parabolu atrodas caurule ar dzesēšanas šķidrumu, lai visi spoguļu atspoguļotie stari būtu vērsti uz to. Lai samazinātu siltuma zudumus, cauruli ieskauj stikla caurule, kas stiepjas gar cilindra fokusa līniju.
Šie mezgli ir izvietoti rindās ziemeļu-dienvidu virzienā un noteikti ir aprīkoti ar saules izsekošanas sistēmām. Līnijā fokusētais starojums uzsilda dzesēšanas šķidrumu līdz gandrīz 400 grādiem, tas iziet cauri siltummaiņiem, radot tvaiku, kas griež ģeneratora turbīnu.
Taisnības labad jāatzīmē, ka caurules vietā var atrasties arī fotoelements. Tomēr, neskatoties uz to, ka koncentratora izmēri var būt mazāki ar fotoelementiem, tas ir pilns ar efektivitātes samazināšanos un pārkaršanas problēmu, kas prasa augstas kvalitātes dzesēšanas sistēmas izveidi.
Kalifornijas tuksnesī pagājušā gadsimta astoņdesmitajos gados tika uzbūvētas 9 parabolisko cilindrisko koncentratoru spēkstacijas ar kopējo jaudu 354 MW. Tad tas pats uzņēmums (Luz International) Degetā uzbūvēja arī SEGS I hibrīdinstalāciju ar jaudu 13,8 MW, kurā papildus tika iekļautas dabasgāzes krāsnis. Kopumā līdz 1990. gadam uzņēmums bija uzbūvējis hibrīdelektrostacijas ar kopējo jaudu 80 MW.
Saules enerģijas ražošanas attīstība paraboliskajās elektrostacijās ar Pasaules Bankas finansējumu tiek veikta Marokā, Meksikā, Alžīrijā un citās jaunattīstības valstīs.
Rezultātā eksperti secina, ka mūsdienās paraboliskās siles spēkstacijas rentabilitātes un efektivitātes ziņā atpaliek gan no torņa, gan diska saules elektrostacijām.
Diska saules iekārtas — tie ir, piemēram, satelītantena, paraboliski spoguļi, kas fokusē saules starus uz uztvērēju, kas atrodas katras šādas šķīvja fokusā. Tajā pašā laikā dzesēšanas šķidruma temperatūra ar šo apkures tehnoloģiju sasniedz 1000 grādus. Siltuma pārneses šķidrums nekavējoties tiek ievadīts ģeneratorā vai dzinējā, kas ir apvienots ar uztvērēju. Šeit, piemēram, tiek izmantoti Stirling un Brighton dzinēji, kas var ievērojami palielināt šādu sistēmu veiktspēju, jo optiskā efektivitāte ir augsta un sākotnējās izmaksas ir zemas.
Pasaules rekords parabolisko šķīvju saules enerģijas instalācijas efektivitātes ziņā ir 29% siltuma un elektriskās efektivitātes koeficients, kas sasniegts ar šķīvja tipa instalāciju kombinācijā ar Stirlinga dzinēju uzņēmumā Rancho Mirage.
Modulārās konstrukcijas dēļ match tipa saules sistēmas ir ļoti perspektīvas, tās ļauj ērti sasniegt nepieciešamos jaudas līmeņus gan pie publiskajiem elektrotīkliem pieslēgtiem hibrīdlietotājiem, gan neatkarīgiem. Kā piemēru var minēt projektu STEP, kas sastāv no 114 paraboliskiem spoguļiem ar diametru 7 metri, kas atrodas Džordžijas štatā.
Sistēma ražo vidēja, zema un augsta spiediena tvaiku. Zemspiediena tvaiks tiek piegādāts adīšanas fabrikas gaisa kondicionēšanas sistēmai, vidēja spiediena tvaiks tiek piegādāts pašai adīšanas nozarei, bet augstspiediena tvaiks tiek piegādāts tieši elektroenerģijas ražošanai.
Protams, saules disku koncentratori, kas apvienoti ar Stirlinga dzinēju, interesē lielo enerģētikas uzņēmumu īpašniekus. Tādējādi Science Applications International Corporation sadarbībā ar trim enerģētikas kompānijām izstrādā sistēmu, izmantojot Stirlinga dzinēju un paraboliskos spoguļus, kas spēs saražot 25 kW elektroenerģijas.
Torņa tipa saules elektrostacijās ar centrālo uztvērēju saules starojums tiek fokusēts uz uztvērēju, kas atrodas torņa augšpusē…. Ap torņiem izvietots liels skaits atstarotāju-heliostatu... Heliostati ir aprīkoti ar divu asu saules izsekošanas sistēmu, pateicoties kurai tie vienmēr griežas tā, lai stari būtu stacionāri, koncentrēti uz siltuma uztvērēju.
Uztvērējs absorbē siltumenerģiju, kas pēc tam pagriež ģeneratora turbīnu.
Šķidrais dzesēšanas šķidrums, kas cirkulē uztvērējā, pārnes tvaiku uz siltuma akumulatoru. Parasti darbi ir ūdens tvaiki ar temperatūru 550 grādiem, gaiss un citas gāzveida vielas ar temperatūru līdz 1000 grādiem, organiskie šķidrumi ar zemu viršanas temperatūru - zem 100 grādiem, kā arī šķidrais metāls - līdz 800 grādiem.
Atkarībā no stacijas mērķa tvaiks var pagriezt turbīnu, lai ražotu elektroenerģiju, vai arī to var tieši izmantot kāda veida ražošanā. Temperatūra uztvērējā svārstās no 538 līdz 1482 grādiem.
Solar One enerģijas tornis Kalifornijas dienvidos, viens no pirmajiem šāda veida torņiem, sākotnēji ražoja elektroenerģiju, izmantojot tvaika-ūdens sistēmu, kas saražo 10 MW. Pēc tam tas tika modernizēts, un uzlabotais uztvērējs, kas tagad strādā ar izkausētiem sāļiem un siltuma uzglabāšanas sistēmu, kļuva ievērojami efektīvāks.
Tas noveda pie izrāviena saules koncentratoru tehnoloģijā akumulatoru torņu elektrostacijām: jaudu šādā spēkstacijā var ražot pēc pieprasījuma, jo siltuma uzglabāšanas sistēma spēj uzglabāt siltumu līdz 13 stundām.
Kausētā sāls tehnoloģija ļauj uzglabāt saules siltumu 550 grādu temperatūrā, un tagad elektrību var ražot jebkurā diennakts laikā un jebkuros laikapstākļos. Torņa stacija "Solar Two" ar jaudu 10 MW ir kļuvusi par šāda veida industriālo spēkstaciju prototipu. Nākotnē — rūpniecības uzņēmumu būvniecība ar jaudu no 30 līdz 200 MW lieliem rūpniecības uzņēmumiem.
Perspektīvas ir kolosālas, taču attīstību kavē nepieciešamība pēc lielām platībām un ievērojamās izmaksas torņu staciju būvniecībai rūpnieciskā mērogā. Piemēram, lai novietotu 100 megavatu torņa staciju, nepieciešami 200 hektāri, savukārt atomelektrostacijai, kas spēj saražot 1000 megavatu elektroenerģijas, nepieciešami tikai 50 hektāri. Savukārt paraboliski-cilindriskās stacijas (modulāra tipa) mazām ietilpībām ir izdevīgākas nekā torņu stacijas.
Tādējādi torņu un parabolisko siles koncentratori ir piemēroti elektrostacijām no 30 MW līdz 200 MW, kas ir pieslēgtas tīklam. Moduļu disku centrmezgli ir piemēroti to tīklu autonomai barošanai, kuriem nepieciešami tikai daži megavati. Gan torņu, gan plātņu sistēmu ražošana ir dārga, taču tās nodrošina ļoti augstu efektivitāti.
Kā redzat, paraboliskie siles koncentratori ieņem optimālu vietu kā visdaudzsološākā saules koncentratoru tehnoloģija turpmākajiem gadiem.
Lasiet arī par šo tēmu: Saules enerģijas attīstība pasaulē