Rynna paraboliczna
Rynna paraboliczna to rodzaj kolektora słonecznego , który jest prosty w jednym wymiarze i zakrzywiony jako parabola w pozostałych dwóch, wyłożony polerowanym metalowym lustrem . Światło słoneczne wpadające do zwierciadła równolegle do jego płaszczyzny symetrii skupia się wzdłuż linii ogniskowej , w której znajdują się obiekty przeznaczone do ogrzania. Na przykład w kuchence słonecznej żywność jest umieszczana na linii ogniskowej koryta, które jest gotowane, gdy koryto jest skierowane tak, aby Słońce znajdowało się w jego płaszczyźnie symetrii.
Do innych celów rurka zawierająca płyn biegnie wzdłuż koryta w jego linii ogniskowej. Światło słoneczne skupia się na rurze, a płyn jest podgrzewany do wysokiej temperatury dzięki energii światła słonecznego. Gorący płyn może być doprowadzany do silnika cieplnego , który wykorzystuje energię cieplną do napędzania maszyn lub do wytwarzania energii elektrycznej. Ten kolektor energii słonecznej jest najbardziej powszechnym i najlepiej znanym typem rynny parabolicznej.
Gdy płyn przenoszący ciepło jest używany do podgrzewania pary do napędzania standardowego generatora turbiny, sprawność cieplna waha się od 60-80%. Ogólna sprawność od kolektora do sieci, tj. (wyjściowa moc elektryczna)/(całkowita energia słoneczna), wynosi około 15%, podobnie jak w przypadku ogniw fotowoltaicznych , ale mniej niż w przypadku koncentratorów talerzowych Stirlinga . Wielkoskalowe elektrownie słoneczne potrzebują metody magazynowania energii, takiej jak termoklina zbiornik, który wykorzystuje mieszaninę piasku krzemionkowego i skały kwarcytowej do wyparcia znacznej części objętości w zbiorniku. Następnie jest napełniany płynem przenoszącym ciepło, zwykle stopioną solą azotanową .
Od 2014 r. Do największych systemów energii słonecznej wykorzystujących technologię rynien parabolicznych należą elektrownie SEGS o mocy 354 MW w Kalifornii, elektrownia Solana o mocy 280 MW z magazynowaniem ciepła w stopionej soli , projekt Genesis Solar Energy o mocy 250 MW , hiszpańska elektrownia słoneczna Solaben o mocy 200 MW Elektrownia słoneczna Andasol 1 oraz elektrownia słoneczna Andasol 1 .
Efektywność
Koryto jest zwykle ustawione na osi północ-południe i obracane, aby śledzić słońce poruszające się po niebie każdego dnia. Alternatywnie koryto można ustawić na osi wschód-zachód; zmniejsza to ogólną wydajność kolektora ze względu na światło słoneczne padające na kolektory pod kątem, ale wymaga jedynie dostosowania koryta do zmiany pór roku , unikając potrzeby stosowania silników śledzących. Ta metoda śledzenia zbliża się do teoretycznej wydajności podczas równonocy wiosennej i jesiennej z mniej dokładnym ogniskowaniem światła w innych porach roku. Codzienny ruch słońca po niebie również wprowadza błędy, największe o wschodzie i zachodzie słońca, a najmniejsze w południe. Ze względu na te źródła błędów sezonowo dostosowywane rynny paraboliczne są generalnie projektowane z niższą wartością produkt akceptacji stężenia .
Paraboliczne koncentratory rynnowe mają prostą geometrię, ale ich stężenie wynosi około 1/3 teoretycznego maksimum dla tego samego kąta akceptacji , czyli dla tych samych ogólnych tolerancji systemu na wszelkiego rodzaju błędy, w tym wymienione powyżej. Teoretyczne maksimum jest lepiej osiągane dzięki bardziej rozbudowanym koncentratorom opartym na konstrukcjach pierwszorzędowo-wtórnych wykorzystujących optykę nieobrazującą , która może prawie podwoić stężenie konwencjonalnych rynien parabolicznych i jest wykorzystywana do ulepszania praktycznych projektów, takich jak te ze stałymi odbiornikami.
Płyn przenoszący ciepło (zwykle olej termiczny ) przepływa przez rurkę, pochłaniając skoncentrowane światło słoneczne. Powoduje to wzrost temperatury płynu do około 400°C. Płyn przenoszący ciepło jest następnie używany do podgrzewania pary w standardowym generatorze turbinowym. Proces jest ekonomiczny, a przy ogrzewaniu rury sprawność cieplna waha się od 60-80%. Całkowita wydajność od kolektora do sieci, tj. (wyjściowa moc elektryczna)/(całkowita energia słoneczna), wynosi około 15%, podobnie jak w przypadku ogniw fotowoltaicznych, ale mniej niż w przypadku koncentratorów talerzowych Stirlinga .
Projekt
Rynna paraboliczna składa się z wielu modułów kolektorów słonecznych ( SCM ) połączonych ze sobą w celu poruszania się jako jeden zespół kolektora słonecznego ( SCA ). SCM może mieć długość do 15 metrów (49 stóp 3 cale) lub więcej. Około tuzina lub więcej SCM tworzy każdy SCA o długości do 200 metrów (656 stóp 2 cale). Każdy SCA to niezależnie śledząca rynna paraboliczna.
SCM może być wykonane jako jednoczęściowe zwierciadło paraboliczne lub złożone z kilku mniejszych luster w równoległych rzędach. Mniejsze lustra modułowe wymagają mniejszych maszyn do zbudowania lustra, co zmniejsza koszty. Koszt jest również obniżony w przypadku konieczności wymiany uszkodzonego lustra. Takie uszkodzenie może wystąpić w wyniku uderzenia przedmiotem podczas złej pogody.
Ponadto istnieją rynny typu V, które składają się z 2 luster i są ustawione pod kątem względem siebie.
W 2009 roku naukowcy z Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) i SkyFuel połączyli siły, aby opracować duże zakrzywione arkusze metalu, które mogą być o 30% tańsze niż najlepsze dzisiejsze kolektory skoncentrowanej energii słonecznej, zastępując szklane modele srebrnymi arkusz polimerowy, który ma takie same parametry jak ciężkie lustra szklane, ale przy znacznie niższych kosztach i wadze. Jest również znacznie łatwiejszy do przenoszenia i instalacji. Błyszczący film wykorzystuje kilka warstw polimerów, z wewnętrzną warstwą czystego srebra.
Ponieważ to odnawialne źródło energii jest z natury niespójne, zbadano metody magazynowania energii, na przykład technologię magazynowania w jednym zbiorniku ( termoklina ) dla dużych elektrowni słonecznych. Podejście ze zbiornikiem termokliny wykorzystuje mieszaninę piasku krzemionkowego i skały kwarcytowej do wyparcia znacznej części objętości w zbiorniku. Następnie jest napełniany płynem przenoszącym ciepło, zwykle stopioną solą azotanową .
Zamknięty korytko
Zamknięta architektura rynnowa zamyka system solarny w szklarni przypominającej szklarnię. Szklarnia tworzy chronione środowisko, aby wytrzymać elementy, które mogą zmniejszyć niezawodność i wydajność słonecznego systemu grzewczego.
Lekkie zakrzywione lustra odbijające światło słoneczne są zawieszone w szklarni. Jednoosiowy system śledzenia ustawia lustra tak, aby śledziły słońce i skupiały jego światło na sieci stacjonarnych stalowych rur, również zawieszonych na konstrukcji szklarni. Para jest generowana bezpośrednio przy użyciu wody o jakości pola naftowego, ponieważ woda przepływa wzdłuż rur, bez wymienników ciepła i pośrednich płynów roboczych.
Wytworzona para jest następnie doprowadzana bezpośrednio do istniejącej na polu sieci dystrybucji pary, gdzie para jest w sposób ciągły wtryskiwana głęboko do złoża ropy. Osłonięcie luster przed wiatrem pozwala im osiągać wyższe temperatury i zapobiega osadzaniu się kurzu w wyniku narażenia na działanie wilgoci. GlassPoint Solar , firma, która stworzyła projekt Enclosed Trough, twierdzi, że jej technologia może wytwarzać ciepło dla EOR za około 5 USD za milion brytyjskich jednostek termicznych w słonecznych regionach, w porównaniu do 10-12 USD w przypadku innych konwencjonalnych technologii solarnych.
Zamknięte rynny są obecnie używane w elektrowni słonecznej Miraah w Omanie . W listopadzie 2017 r. firma GlassPoint ogłosiła partnerstwo z firmą Aera Energy , które zapewni rynny paraboliczne na polu naftowym South Belridge w pobliżu Bakersfield w Kalifornii.
Wczesne przyjęcie komercyjne
W 1897 roku Frank Shuman , amerykański wynalazca, inżynier i pionier energii słonecznej, zbudował mały demonstracyjny silnik słoneczny, który działał poprzez odbijanie energii słonecznej na kwadratowe pudełka wypełnione eterem, który ma niższą temperaturę wrzenia niż woda, i był wyposażony wewnętrznie w czarne rury który z kolei napędzał silnik parowy. W 1908 Shuman założył Sun Power Company z zamiarem budowy większych elektrowni słonecznych. On, wraz ze swoim doradcą technicznym ASE Ackermannem i brytyjskim fizykiem Sir Charlesem Vernonem Boysem , [ potrzebne źródło ] opracowali ulepszony system wykorzystujący lustra do odbijania energii słonecznej na skrzynkach kolektorów, zwiększając wydajność grzewczą do tego stopnia, że można teraz używać wody zamiast eteru. Następnie Shuman skonstruował pełnowymiarowy silnik parowy napędzany wodą pod niskim ciśnieniem, co umożliwiło mu opatentowanie całego systemu silnika słonecznego do 1912 roku.
Shuman zbudował pierwszą na świecie elektrownię słoneczną w Maadi w Egipcie w latach 1912-1913. Fabryka Shumana wykorzystywała rynny paraboliczne do napędzania silnika o mocy 45-52 kilowatów (60-70 KM ) , który pompował ponad 22 000 litrów wody na minutę z Nilu Rzeka na sąsiednie pola bawełny. Chociaż wybuch I wojny światowej i odkrycie taniej ropy w latach trzydziestych XX wieku zniechęciło do rozwoju energii słonecznej, wizja i podstawowy projekt Shumana zostały wskrzeszone w latach siedemdziesiątych wraz z nową falą zainteresowania słoneczną energią cieplną. W 1916 roku Shuman był cytowany w mediach opowiadających się za wykorzystaniem energii słonecznej, mówiąc:
Udowodniliśmy komercyjny zysk energii słonecznej w tropikach, aw szczególności udowodniliśmy, że po wyczerpaniu się naszych zapasów ropy i węgla rasa ludzka może otrzymać nieograniczoną energię z promieni słonecznych.
— Frank Shuman, New York Times, 2 lipca 1916 r
Zakłady komercyjne
Zakłady komercyjne korzystające z rynien parabolicznych mogą wykorzystywać magazynowanie ciepła w nocy, podczas gdy niektóre są hybrydami i obsługują gaz ziemny jako dodatkowe źródło paliwa. W Stanach Zjednoczonych ilość paliw kopalnych zużywanych w celu zakwalifikowania elektrowni jako odnawialnego źródła energii jest ograniczona do maksymalnie 27% produkcji energii elektrycznej. [ potrzebne źródło ] Ponieważ obejmują one stacje chłodnicze, skraplacze , akumulatory i inne rzeczy oprócz rzeczywistych kolektorów słonecznych, moc generowana na metr kwadratowy powierzchni jest bardzo zróżnicowana. [ potrzebne źródło ]
Od 2014 r. Do największych systemów energii słonecznej wykorzystujących technologię rynien parabolicznych należą elektrownie SEGS o mocy 354 MW w Kalifornii, elektrownia Solana o mocy 280 MW z magazynowaniem ciepła w stopionej soli , projekt Genesis Solar Energy o mocy 250 MW , hiszpańska elektrownia słoneczna Solaben o mocy 200 MW Elektrownia słoneczna Andasol 1 oraz elektrownia słoneczna Andasol 1 .
Zobacz też
Bibliografia
- Duffie, John; Williamsa Beckmana (1991). Inżynieria słoneczna procesów termicznych (wyd. Drugie). Nowy Jork: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-51056-4 .
- Patel., Mukund (1999). Systemy energii wiatrowej i słonecznej . Boca Raton Londyn Nowy Jork Waszyngton, DC: CRC Press. ISBN 0-8493-1605-7 .
Linki zewnętrzne
- Elektrownie słoneczne Kramer Junction , zdjęcie satelitarne, mapa Google.
- ParabolaTool – Narzędzie do obliczania kształtu koryta parabolicznego
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
