bộ tập trung năng lượng mặt trời

Về cơ bản, các bộ tập trung năng lượng mặt trời rất khác so với bộ chuyển đổi quang điện… Ngoài ra, các nhà máy năng lượng mặt trời kiểu nhiệt hiệu quả hơn nhiều so với quang điện do một số đặc điểm.

Nhiệm vụ của bộ tập trung năng lượng mặt trời là tập trung các tia nắng mặt trời vào một thùng chứa chất lỏng làm mát, ví dụ như dầu hoặc nước, những chất này có khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời rất tốt. Các phương pháp cô đặc khác nhau: máy cô đặc hình trụ parabol, gương parabol hoặc tháp nhật tâm.

Ở một số bộ tập trung, bức xạ mặt trời được tập trung dọc theo đường tiêu điểm, ở những bộ khác - tại tiêu điểm nơi đặt máy thu. Khi bức xạ mặt trời được phản xạ từ bề mặt lớn hơn sang bề mặt nhỏ hơn (bề mặt của máy thu), đạt nhiệt độ cao, chất làm mát sẽ hấp thụ nhiệt, di chuyển qua máy thu. Toàn bộ hệ thống cũng chứa một bộ phận lưu trữ và một hệ thống truyền năng lượng.

Hiệu quả của các bộ tập trung giảm đáng kể trong thời kỳ nhiều mây, vì chỉ có bức xạ mặt trời trực tiếp được tập trung.Vì lý do này, các hệ thống này đạt được hiệu quả cao nhất ở những vùng có mức độ phơi nắng đặc biệt cao: ở sa mạc, vùng xích đạo. Để tăng hiệu quả sử dụng bức xạ mặt trời, các bộ tập trung được trang bị các thiết bị theo dõi đặc biệt, hệ thống theo dõi đảm bảo định hướng chính xác nhất của các bộ tập trung theo hướng mặt trời.

Do chi phí của các bộ tập trung năng lượng mặt trời cao và các hệ thống theo dõi yêu cầu bảo trì định kỳ nên việc sử dụng chúng chủ yếu giới hạn trong các hệ thống phát điện công nghiệp.

Việc lắp đặt như vậy có thể được sử dụng trong các hệ thống lai với nhau, ví dụ, với nhiên liệu hydrocacbon, sau đó hệ thống lưu trữ sẽ giảm chi phí sản xuất điện. Điều này sẽ trở nên khả thi vì thế hệ sẽ được thực hiện suốt ngày đêm.

Các bộ tập trung năng lượng mặt trời dạng ống parabol dài tới 50 mét, giống như một parabol gương kéo dài. Một bộ tập trung như vậy bao gồm một tập hợp các gương lõm, mỗi gương thu thập các tia sáng mặt trời song song và tập trung chúng vào một điểm cụ thể. Dọc theo một hình parabol như vậy, một ống có chất lỏng làm mát được đặt để tất cả các tia phản xạ bởi các gương đều hội tụ vào nó. Để giảm tổn thất nhiệt, ống được bao quanh bởi một ống thủy tinh kéo dài dọc theo đường tâm của xi lanh.

Các trung tâm này được sắp xếp theo hàng theo hướng bắc nam và chắc chắn được trang bị hệ thống theo dõi năng lượng mặt trời. Bức xạ tập trung trong đường dây làm nóng chất làm mát đến gần 400 độ, nó đi qua các bộ trao đổi nhiệt, tạo ra hơi nước làm quay tuabin của máy phát điện.

Công bằng mà nói, cần lưu ý rằng một tế bào quang điện cũng có thể được đặt ở vị trí của ống. Tuy nhiên, mặc dù thực tế là kích thước của bộ tập trung có thể nhỏ hơn với các tế bào quang điện, nhưng điều này lại dẫn đến giảm hiệu suất và vấn đề quá nhiệt, đòi hỏi phải phát triển một hệ thống làm mát chất lượng cao.

Tại sa mạc California vào những năm 1980, 9 nhà máy điện tập trung hình trụ parabol với tổng công suất 354 MW đã được xây dựng. Sau đó, cùng một công ty (Luz International) cũng đã xây dựng một hệ thống lắp đặt hỗn hợp SEGS I ở Deget, với công suất 13,8 MW, bao gồm thêm các lò khí đốt tự nhiên. 80 MW.

Việc phát triển sản xuất năng lượng mặt trời trong các nhà máy điện parabol đang được thực hiện ở Ma-rốc, Mê-hi-cô, An-giê-ri và các nước đang phát triển khác với sự tài trợ của Ngân hàng Thế giới.

Do đó, các chuyên gia kết luận rằng ngày nay, các nhà máy điện máng parabol tụt hậu so với cả nhà máy điện mặt trời dạng tháp và dạng đĩa về lợi nhuận và hiệu quả.

Hệ thống đĩa năng lượng mặt trời — giống như các đĩa vệ tinh, các gương parabol tập trung các tia nắng mặt trời vào một máy thu nằm ở tiêu điểm của mỗi đĩa như vậy. Đồng thời, nhiệt độ của chất làm mát với công nghệ sưởi ấm này đạt tới 1000 độ. Chất lỏng truyền nhiệt ngay lập tức được đưa đến máy phát điện hoặc động cơ được kết hợp với máy thu. Ví dụ, ở đây, động cơ Stirling và Brighton được sử dụng, có thể làm tăng đáng kể hiệu suất của các hệ thống như vậy, vì hiệu suất quang học cao và chi phí ban đầu thấp.

Kỷ lục thế giới về hiệu quả của việc lắp đặt năng lượng mặt trời kiểu đĩa parabol là hiệu suất chuyển hóa nhiệt thành điện 29% đạt được bằng cách lắp đặt kiểu đĩa kết hợp với động cơ Stirling tại Rancho Mirage.

Do thiết kế kiểu mô-đun, các hệ thống năng lượng mặt trời kiểu khớp nối rất hứa hẹn, chúng cho phép bạn dễ dàng đạt được mức năng lượng cần thiết cho cả người dùng kết hợp với lưới điện công cộng và độc lập. Một ví dụ là dự án STEP, bao gồm 114 gương parabol có đường kính 7 mét nằm ở bang Georgia.

Hệ thống sản xuất hơi áp suất trung bình, thấp và cao. Hơi thấp áp cung cấp cho hệ thống điều hòa của xưởng dệt kim, hơi trung áp cung cấp cho chính ngành dệt kim, hơi cao áp cung cấp trực tiếp để phát điện.

Tất nhiên, các bộ tập trung đĩa năng lượng mặt trời kết hợp với động cơ Stirling được chủ sở hữu của các công ty năng lượng lớn quan tâm. Do đó, Tập đoàn Khoa học Ứng dụng Quốc tế, phối hợp với ba công ty năng lượng, đang phát triển một hệ thống sử dụng động cơ Stirling và gương parabol có thể sản xuất 25 kW điện.

Ở các nhà máy điện mặt trời dạng tháp có bộ thu trung tâm, bức xạ mặt trời được tập trung vào bộ thu đặt trên đỉnh tháp…. Một số lượng lớn các bộ định lượng mặt trời phản xạ được đặt xung quanh tháp... Các bộ định lượng mặt trời được trang bị hệ thống theo dõi mặt trời hai trục, nhờ đó chúng luôn quay để các tia đứng yên, tập trung vào bộ thu nhiệt.

Máy thu hấp thụ năng lượng nhiệt, sau đó làm quay tuabin của máy phát điện.

Chất lỏng làm mát lưu thông trong bộ thu mang hơi nước đến bộ tích nhiệt. Thông thường các tác phẩm là hơi nước có nhiệt độ 550 độ, không khí và các chất khí khác có nhiệt độ lên tới 1000 độ, chất lỏng hữu cơ có nhiệt độ sôi thấp - dưới 100 độ, cũng như kim loại lỏng - lên tới 800 độ.

Tuỳ theo mục đích của trạm mà hơi nước có thể làm quay tua-bin để phát điện hoặc được sử dụng trực tiếp vào một loại hình sản xuất nào đó. Nhiệt độ trong máy thu thay đổi từ 538 đến 1482 độ.

Tháp năng lượng mặt trời One ở Nam California, một trong những tháp đầu tiên thuộc loại này, ban đầu sản xuất điện thông qua hệ thống hơi nước sản xuất 10 MW. Sau đó, nó được hiện đại hóa và máy thu cải tiến, hiện đang hoạt động với muối nóng chảy và hệ thống lưu trữ nhiệt, trở nên hiệu quả hơn đáng kể.

Điều này dẫn đến một bước đột phá trong công nghệ tập trung năng lượng mặt trời cho các nhà máy điện dạng tháp pin: điện trong một nhà máy điện như vậy có thể được sản xuất theo yêu cầu, vì hệ thống lưu trữ nhiệt có thể lưu trữ nhiệt trong tối đa 13 giờ.

Công nghệ muối nóng chảy cho phép lưu trữ nhiệt năng lượng mặt trời ở 550 độ và giờ đây có thể sản xuất điện vào bất kỳ thời điểm nào trong ngày và trong bất kỳ thời tiết nào. Trạm tháp "Solar Two" với công suất 10 MW đã trở thành nguyên mẫu của các nhà máy điện công nghiệp loại này. Trong tương lai — việc xây dựng các xí nghiệp công nghiệp có công suất từ ​​30 đến 200 MW cho các xí nghiệp công nghiệp lớn.

Triển vọng là rất lớn, nhưng sự phát triển bị cản trở bởi nhu cầu về diện tích lớn và chi phí đáng kể để xây dựng các trạm tháp ở quy mô công nghiệp. Chẳng hạn, để đặt một trạm tháp công suất 100 MW thì cần 200 ha, trong khi nhà máy điện hạt nhân có khả năng sản xuất 1.000 MW điện chỉ cần 50 ha. Mặt khác, các trạm hình trụ parabol (loại mô-đun) cho công suất nhỏ lại tiết kiệm chi phí hơn so với các trạm hình tháp.

Như vậy, các bộ tập trung kiểu tháp và máng parabol phù hợp với các nhà máy điện có công suất từ ​​30 MW đến 200 MW nối lưới. Các trung tâm đĩa mô-đun phù hợp để cung cấp năng lượng tự động cho các mạng chỉ cần một vài megawatt. Cả hệ thống tháp và sàn đều đắt tiền để sản xuất nhưng cho hiệu quả rất cao.

Như bạn có thể thấy, các bộ tập trung năng lượng mặt trời dạng máng parabol chiếm vị trí tối ưu là công nghệ bộ tập trung năng lượng mặt trời hứa hẹn nhất trong những năm tới.

Cũng đọc về chủ đề này: Sự phát triển của năng lượng mặt trời trên thế giới