Saules elektrostaciju veidi: tornis, disks, paraboliski cilindrisks koncentrators, saules vakuums, kombinēts

Pārvērst saules starojuma enerģiju jeb citiem vārdiem — saules siltumu un gaismu, pārvēršot elektroenerģijā, daudzus gadus daudzas pasaules valstis izmanto saules elektrostacijas. Tās ir dažāda dizaina inženierbūves, kas strādā pēc dažādiem principiem, atkarībā no elektrostacijas veida.

Ja kāds, dzirdot kombināciju "saules elektrostacija", iedomājas milzīgu laukumu, kas klāts ar saules paneļiem, tas nav pārsteidzoši, jo šāda veida elektrostacijas, ko sauc par fotoelektriskajām, mūsdienās ir ļoti populāras daudzās mājsaimniecībās. Bet tas nav vienīgais saules elektrostacijas veids.

Visas mūsdienās zināmās saules elektrostacijas, kas ražo elektroenerģiju rūpnieciskā mērogā, ir iedalītas sešos veidos: torņa, plākšņu, fotogalvanisko, paraboliski-cilindrisko koncentratoru, saules-vakuuma un kombinētās.Detalizēti apskatīsim katru saules elektrostaciju veidu un pievērsīsim uzmanību konkrētām struktūrām dažādās pasaules valstīs.

Torņu spēkstacijas

Saules elektrostacija — saules elektrostacija, kurā starojums no optiskās koncentrēšanas sistēmas, ko veido heliostatu lauks, tiek novirzīts uz tornī uzstādītu saules uztvērēju.

Torņu spēkstacijas sākotnēji tika balstītas uz ūdens iztvaikošanas principu saules starojuma ietekmē. Šeit kā darba šķidrums tiek izmantoti ūdens tvaiki. Atrodas šādas stacijas centrā, torņa augšpusē ir ūdens tvertne, kas ir nokrāsota melnā krāsā, lai vislabāk absorbētu gan redzamo starojumu, gan siltumu. Turklāt tornī ir sūkņu grupa, kuras funkcija ir ūdens piegāde rezervuāram. Tvaiks, kura temperatūra pārsniedz 500 ° C, griež turbīnas ģeneratoru, kas atrodas stacijas teritorijā.

Lai koncentrētu maksimāli iespējamo saules starojuma daudzumu torņa augšpusē, ap to uzstādīti simtiem heliostatu, kuru funkcija ir novirzīt atstaroto saules starojumu tieši uz ūdens tvertni. Heliostati ir spoguļi, kuru katra platība var sasniegt desmitiem kvadrātmetru.

Heliostats [heliostats] — optiskās koncentrēšanas sistēmas plakans vai fokusējošs spoguļa elements ar individuālu orientācijas ierīci atstarotā tiešā saules starojuma virzīšanai uz saules starojuma uztvērēju.

Uzmontēti uz balstiem, kas aprīkoti ar automātisko fokusēšanas sistēmu, visi heliostati novirza atstaroto saules starojumu tieši uz torņa augšpusi, uz rezervuāru, jo pozicionēšana darbojas atbilstoši saules kustībai dienas laikā.

Karstākajā dienā saražotā tvaika temperatūra var paaugstināties līdz 700 °C, kas ir vairāk nekā pietiekami normālai turbīnas darbībai.

Piemēram, Izraēlā, Negevas tuksneša teritorijā, līdz 2017. gada beigām tiks pabeigta elektrostacijas ar torni ar jaudu vairāk nekā 121 MW būvniecību.Torņa augstums būs 240 metri. (augstākais saules tornis pasaulē būvniecības laikā). , un ap to būs stāvs ar simtiem tūkstošu heliostatu, kas tiks novietoti, izmantojot Wi-Fi vadību. Tvaika temperatūra tvertnē sasniegs 540 ° C. 773 miljonus dolāru vērtais projekts segs 1% no Izraēlas elektroenerģijas vajadzībām.

Ūdens nav vienīgais, ko tornī var uzsildīt saules starojums. Piemēram, Spānijā 2011. gadā tika nodota ekspluatācijā Gemasolar torņa saules elektrostacija, kurā tiek uzkarsēts sāls dzesēšanas šķidrums. Šis risinājums ļāva sildīt pat naktī.

Sāls, kas uzkarsēta līdz 565 ° C, nonāk īpašā tvertnē, pēc kuras tā nodod siltumu tvaika ģeneratoram, kas pagriež turbīnu. Visas sistēmas nominālā jauda ir 19,9 MW, un tā spēj piegādāt 110 GWh elektroenerģijas (vidēji gadā), lai darbinātu tīklu, kurā ir 27 500 mājsaimniecību, kas darbojas ar pilnu jaudu 24 stundas diennaktī 9 mēnešus.

Daudzas spēkstacijas

Principā šāda veida spēkstacijas ir līdzīgas torņu elektrostacijām, taču tās ir strukturāli atšķirīgas. Tajā tiek izmantoti atsevišķi moduļi, no kuriem katrs ražo elektroenerģiju. Modulis ietver gan atstarotāju, gan uztvērēju. Uz balsta ir uzstādīts parabolisks spoguļu komplekts, kas veido atstarotāju.

Mirror Amplifier — saules starojuma koncentrators ar spoguļa pārklājumu.Spekulārs slīpētais koncentrators — saules starojuma spoguļa koncentrators, kas sastāv no atsevišķiem plakaniem vai izliektiem spoguļiem, kas veido kopīgu atstarojošu virsmu.

Uztvērējs atrodas paraboloīda fokusā. Atstarotājs sastāv no desmitiem spoguļu, katrs individuāli pielāgots. Uztvērējs var būt Stirlinga dzinējs, kas apvienots ar ģeneratoru, vai ūdens tvertne, kas tiek pārvērsta tvaikā, un tvaiks griež turbīnu.

Piemēram, 2015. gadā Ripasso, Zviedrijā, Dienvidāfrikā izmēģināja parabolisko helotermālo agregātu ar Stirlinga dzinēju. Instalācijas atstarotājs ir parabolisks spogulis, kas sastāv no 96 daļām un kopējo platību 104 kvadrātmetri.

Galvenā uzmanība tika pievērsta Stirlinga ūdeņraža dzinējam, kas aprīkots ar spararatu un savienots ar ģeneratoru. Plāksne lēnām griezās, lai dienas laikā sekotu saulei. Rezultātā lietderības koeficients bija 34%, un katra šāda "plāksne" varēja nodrošināt lietotāju ar 85 MWh elektroenerģijas gadā.

Taisnības labad jāatzīmē, ka šāda veida saules elektrostacijas "plāksnes" fokusā var atrasties eļļas tvertne, kuras siltumu var pārnest uz tvaika ģeneratoru, kas, savukārt, griež elektriskā ģeneratora turbīna.

Parabolisko cauruļu saules elektrostacijas

Šeit atkal siltumnesēju silda koncentrēts atstarots starojums. Spogulis ir līdz 50 metriem gara parabola cilindra formā, kas atrodas ziemeļu-dienvidu virzienā un griežas, sekojot saules kustībai. Spoguļa fokusā ir fiksēta caurule, pa kuru pārvietojas šķidrais dzesēšanas līdzeklis.Kad dzesēšanas šķidrums ir pietiekami silts, siltums tiek pārnests uz ūdeni siltummainī, kur tvaiks atkal pagriež ģeneratoru.

Paraboliskā koridora koncentrators — Saules starojuma spoguļkoncentrators, kura formu veido paralēli sev kustīga parabola.

80. gados Kalifornijā Luz International uzbūvēja 9 šādas elektrostacijas ar kopējo jaudu 354 MW. Taču pēc vairāku gadu prakses eksperti nonākuši pie secinājuma, ka mūsdienās paraboliskās elektrostacijas gan rentabilitātes, gan efektivitātes ziņā ir zemākas par torņu un plākšņu saules elektrostacijām.

Tomēr 2016. gadā Sahāras tuksnesī netālu no Kasablankas tika atklāta spēkstacija. saules koncentratori, ar jaudu 500 MW. Pusmiljons 12 metru spoguļu uzsilda dzesēšanas šķidrumu līdz 393 ° C, lai pārvērstu ūdeni tvaikā ģeneratora turbīnu griešanai. Naktīs siltumenerģija turpina darboties, uzglabājot izkausētā sālī. Tādā veidā Marokas valsts plāno pamazām risināt videi draudzīga enerģijas avota problēmu.

Fotoelektriskās elektrostacijas

Stacijas, kuru pamatā ir fotoelementu moduļi, saules paneļi. Tie ir ļoti populāri un plaši izplatīti mūsdienu pasaulē. Moduļi, kuru pamatā ir silīcija šūnas, tiek plaši izmantoti nelielu objektu, piemēram, sanatoriju, privātu villu un citu ēku, barošanai, kur no atsevišķām daļām tiek samontēta stacija ar nepieciešamo jaudu un uzstādīta uz jumta vai piemērotas platības zemes gabala. Rūpnieciskās fotoelektriskās elektrostacijas spēj piegādāt elektroenerģiju mazajām pilsētām.

Saules elektrostacija (SES) [saules elektrostacija] — spēkstacija, kas paredzēta saules starojuma enerģijas pārvēršanai elektroenerģijā.

Piemēram, Krievijā 2015. gadā tika uzsākta lielākā fotoelektriskā elektrostacija valstī. Saules elektrostacija "Aleksandrs Vlažņevs", kas sastāv no 100 000 saules paneļiem, ar kopējo jaudu 25 MW, atrodas platībā 80 hektāri starp Orskas un Gajas pilsētām. Stacijas jauda ir pietiekama, lai apgādātu ar elektrību pusi Orskas pilsētas, tostarp biznesa un dzīvojamās ēkas.

Šādu staciju darbības princips ir vienkāršs. Gaismas fotonu enerģija silīcija plāksnē tiek pārvērsta strāvā; šī pusvadītāja raksturīgo fotoelektrisko efektu jau sen ir pētījuši un pieņēmuši saules bateriju ražotāji. Taču kristāliskais silīcijs, kura efektivitāte ir 24%, nav vienīgā iespēja. Tehnoloģijas nepārtraukti uzlabojas. Tātad 2013. gadā Sharp inženieri sasniedza 44,4% efektivitāti no indija-gallija-arsenīda elementa, un fokusēšanas lēcu izmantošana ļauj sasniegt visus 46%.

Saules vakuuma spēkstacijas

Absolūti ekoloģiskā tipa saules stacijas. Principā tiek izmantota dabiskā gaisa plūsma, kas rodas temperatūras starpības dēļ (gaiss uz zemes virsmas tiek uzkarsēts un steidzas uz augšu). Jau 1929. gadā šī ideja tika patentēta Francijā.

Tiek celta siltumnīca, kas ir ar stiklu klāts zemes gabals. No siltumnīcas centra izvirzīts tornis, augsta caurule, kurā ir uzstādīta ģeneratora turbīna. Saule silda siltumnīcu, un gaiss, kas plūst augšup pa cauruli, griež turbīnu.Vilkme saglabājas nemainīga tik ilgi, kamēr saule silda gaisu slēgtā stikla tilpumā un pat naktī, kamēr zemes virsma saglabā siltumu.

Šāda veida eksperimentālā stacija tika uzcelta 1982. gadā 150 kilometrus uz dienvidiem no Madrides, Spānijā. Siltumnīcas diametrs bija 244 metri, bet caurule bija 195 metrus augsta. Maksimālā attīstītā jauda ir tikai 50 kW. Tomēr turbīna darbojās 8 gadus, līdz tā sabojājās rūsas un lielā vēja dēļ. 2010. gadā Ķīna pabeidza saules vakuuma stacijas būvniecību, kas spēja nodrošināt 200 kW. Tas aizņem 277 hektārus lielu platību.

Kombinētās saules elektrostacijas

Tās ir stacijas, kur karstā ūdens un apkures komunikācijas ir pieslēgtas siltummaiņiem, kopumā silda ūdeni dažādām vajadzībām. Kombinētās stacijas ietver arī kombinētos risinājumus, kad koncentratori darbojas paralēli saules paneļiem. Kombinētās saules elektrostacijas bieži vien ir vienīgais risinājums privātmāju alternatīvai elektroapgādei un apkurei.