Что такое солнечный парогенератор

Обновлено: 05.05.2024

(гелиоэлектрическая станция), установка для получения электроэнергии путём преобразования солнечной радиации. Различают термодинамические гелиостанции, на которых преобразование солнечной энергии происходит по паротурбинному циклу (солнечная радиация – паровой котёл – турбина – электрогенератор), и фотоэлектрические, в которых солнечная энергия преобразуется непосредственно в электрическую с помощью фотоэлементов. Термодинамические гелиостанции конструктивно выполняются обычно в виде башни, на которой размещается парогенератор, а вокруг – система зеркальных элементов (гелиостатов), воспринимающих и концентрирующих солнечные лучи на нём. Из парогенератора (котла) пар поступает к турбине, которая вращает вал генератора, вырабатывающего электрический ток. Фотоэлектрические гелиостанции состоят из фотоэлементов, собранных в батареи, которые обычно выполняются в виде плоских панелей, защищённых прозрачным покрытием (см. Солнечная батарея). Однако конкурировать в какой-то мере с традиционными источниками электроэнергии практически могут лишь термодинамические солнечные электростанции; проекты таких гелиоустановок разрабатываются в Италии, Франции, США и других странах. По прогнозным оценкам американских специалистов, к 2020 г. за счёт солнечных установок можно будет покрыть от 10 до 30 % потребности в электроэнергии США. Перспективно также применение таких гелиоустановок в комбинации с обычным топливным парогенератором, что повышает коэффициент использования оборудования с 0.22 до 0.8. Однако солнечным электростанциям присущи недостатки, связанные с прозрачностью атмосферы и с сезонными и суточными циклами солнечного излучения.

Полезное

Смотреть что такое "солнечная электростанция" в других словарях:

Солнечная электростанция — инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции. Содержание 1 Типы солнечных электростанций 1.1 СЭС башенного… … Википедия

СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ — СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ, использует солнечную радиацию для выработки электроэнергии. Различают термодинамические солнечные электростанции, в которых солнечная энергия последовательно преобразуется в тепловую, а затем в электрическую, и… … Современная энциклопедия

СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ — для выработки электроэнергии использует энергию солнечной радиации. Различают термодинамические солнечные электростанции, в которых солнечная энергия последовательно преобразуется в тепловую, а затем в электрическую (напр., по циклу паровой котел … Большой Энциклопедический словарь

Солнечная электростанция — СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ, использует солнечную радиацию для выработки электроэнергии. Различают термодинамические солнечные электростанции, в которых солнечная энергия последовательно преобразуется в тепловую, а затем в электрическую, и… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Солнечная электростанция — 30. Солнечная электростанция Электростанция, предназначенная для производства электрической энергии преобразованием солнечной радиации в тепло Источник: ГОСТ 26691 85: Теплоэнергетика. Термины и определения оригинал документа 77 солнечная… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

солнечная электростанция — для выработки электроэнергии использует энергию солнечной радиации. Различают термодинамические солнечные электростанции, в которых солнечная энергия последовательно преобразуется в тепловую, а затем в электрическую (например, по циклу паровой… … Энциклопедический словарь

солнечная электростанция — saulės elektrinė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. solar power plant; solar power station vok. Sonnenkraftwerk, n rus. солнечная электростанция, f pranc. centrale solaire, f; usine solaire, f … Automatikos terminų žodynas

солнечная электростанция — saulės elektrinė statusas T sritis Energetika apibrėžtis Elektrinė, naudojanti saulės energiją elektrai gaminti. atitikmenys: angl. solar power station vok. Sonnenkraftwerk, n rus. солнечная электростанция, f pranc. centrale solaire, f; usine… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ — гелио электрическая станция, электрич. станция, использующая солнечную радиацию для выработки электроэнергии. Различают термодииамич. С. э.. в к рых солнечная энергия последовательно преобразуется в тепловую, а затем в электрическую (напр., по… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Даугавпилсская солнечная электростанция — Эта статья или часть статьи содержит информацию об ожидаемых событиях. Здесь описываются события, которые ещё не произошли. Даугавпилсская солнечная электростанция строящаяся электростанция в Даугавпилсе. Пе … Википедия

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Ахадов Жобир Замирович, Абдурахманов Абдужаббар Абдурахманович

В работе приведены расчеты режима кипения воды , нагрева и перегрева водяного пара в фокальной зоне Большой Солнечной Печи (БСП) и определен оптимальный расход воды. Приведены экспериментальные результаты температуры пара в фокусе БСП в зависимости от мощности концентрированного солнечного потока.

DEVELOPMENT AND RESEARCH OF STEAM GENERATORS RECEIVERS OF SOLAR HEAT POWER INSTALLATIONS

The paper presents the water boiling mode calculations, heat and steam heat in the focal zone of the Big Solar Furnace (BSP) and determined the optimal water flow. Experimental results of steam temperature on BSS focus depending on the power of concentrated solar flux.

Ахадов Ж. З., Абдурахманов А. А.

4. ЭНЕРГЕТИКА ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЙ И АВТОМАТИКА

4.1. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЕМНИКОВ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ СОЛНЕЧНЫХ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

Аннотация: В работе приведены расчеты режима кипения воды, нагрева и перегрева водяного пара в фокальной зоне Большой Солнечной Печи (БСП) и определен оптимальный расход воды. Приведены экспериментальные результаты температуры пара в фокусе БСП в зависимости от мощности концентрированного солнечного потока.

Ключевые слова: кипения воды, солнечная энергия, концентрация солнечных лучей, паровой котел, перегретый пар.

4.1. DEVELOPMENT AND RESEARCH OF STEAM GENERATORS RECEIVERS OF SOLAR HEAT POWER INSTALLATIONS

Abstract: The paper presents the water boiling mode calculations, heat and steam heat in the focal zone of the Big Solar Furnace (BSP) and determined the optimal water flow. Experimental results of steam temperature on BSS focus depending on the power of concentrated solar flux.

Index terms: water boiling, solar energy, the concentration of sunlight, steam boiler, superheated steam.

В общем случае солнечный приемник парогенератор выполняет те же функции, что и обычный парогенератор [1]. Однако в солнечных парогенераторах имеем меньшие возможности по выбору геометрии лучевоспринимающих поверхностях и в связи с этим, имеем ограничения на конструктивные решения приемников 3. Дело в том, что приемники солнечных установок являются принципиально открытыми, имеют входное отверстие для подвода концентрированного солнечного потока, которое является источником теплопотерь.

Ранее вопросы расчета солнечных парогенераторов для концентраторов непосредственного слежения практически не рассматривались. В литературе имеются сведения, что такой котел был создан для концентратора диаметром 10м (Ташкент), однако ни характеристик, ни методики её расчета в литературе не имеется. В настоящее время имеется достаточно много газовых приемников для двигателей Стирлинга, однако здесь также нет данных по расчету геометрии приемника с точки зрения обеспечения требуемых плотностей на лучевоспринимающих (ЛП) поверхностях. Можно отметить, что в литературе имеются сведения о проблемах работы приемников для нагрева газа. В частности, в [1] было предложено введение дополнительной поверхности (двойная сетка) перед ЛП для равномеризации потоков.

Для одновременного получения электрической и тепловой энергии, а также водорода в фокальной зоне БСП необходимо определить соответствие площади участка тепловой стабилизации потока и площади участка гидродинамической стабилизации потока. В общем случае задачей расчета приемника-парогенератора является определение следующих параметров:

1. Определение площади поверхности испарителя - БИ.

2. Определение площади поверхности пароперегревателя - Бп.

3. Выбор параметров нагревательных труб: - диаметр D, толщина стенок s, длина L для испарителя и пароперегревателя.

4. Производительность котла по пару - П, [ кг/с].

5. Геометрия поверхности нагрева и её расположение

Исходными данными для расчета солнечных установок являются:

1. Мощность источника - Ф

2. Диаметр пятна изображения в фокальной плоскости -

3. Средняя плотность потока - Еср

4. Рабочее давление пара - РР

Прежде чем переходить к анализу задачи, уточним некоторые термины и определения, используемые в парогенераторах.

Кипением называется процесс интенсивного парообразования, происходящего во всем объеме жидкости, находящейся при температуре насыщения или несколько перегретой относительно температуры насыщения, с образованием паровых пузырей [4]. Таким образом, для возникновения процесса кипения необходимо выполнение двух условий [4]:

- наличие перегрева жидкости относительно температуры насыщения;

- наличие центров парообразования.

Температура насыщения - температура, при которой начинается кипение. Температура насыщения, как известно, зависит от давления. Так например, при температуре насыщения 2000С давление насыщения составляет около 1.55 МПа (15.5 атм). Если рабочее давление в системе 10 атм., то минимальная температура нагрева, при которой может начаться процесс кипения, составит около 1800С [5].

Различают два основных режима кипения: пузырьковое и пленочное. Таким образом, в исходных данных на расчет должно быть задано рабочее давление пара, которое определяет температуру воды в испарительной части и общем, определяет температуру стенок испарителя. При достаточном отводе образуемого при кипении пара плотность потока, подаваемого на стенки испарителя, может меняться в широких пределах и ограничивается только так называемым кризисом кипения, который находится на уровне 500 Вт/см2 [6]. Рассмотрим основные этапы расчета.

Этап расчета. Определяется расчетная производительность котла по пару - ПП, [ кг/с]:

где % - кпд котла, И - энтальпия пара,[кДж/кг] , включающая теплоту парообразования г и энтальпию воды - ЬГ, нагретую до температуры насыщения.

Рассмотрим вариант, когда температура пара равна температуре насыщения ^ = 1800С, % = 0.5, р =10атм и Ф и 500кВт. Из /С , 126/ ЬГ = 2777.1кДж/кг, или

ПП = Ф*щ /Ь" = 500*0.5/2777.1 = 0.09 кг/с (2.15)

Соответственно, таким же будет и расход питательной воды. Для такого расхода, в первом приближении, задавшись внутренним диаметром питательной трубы - (0 , можно определить скорость движения в ней воды . Длина трубы за которой теплообмен стабилизируется сравнима с длинами участков тепловой 1т и гидродинамической 1Г стабилизации потока, равными согласно [5]:

¡Г = 1-Г* Не*Рг*бЭ , (2.19)

где 1_т и 1_Г - индивидуальные для каналов разной формы поперечного сечения постоянные (для трубы 1_т = 0.065 и 1_Г = 0.07); Ке - число Рейнольдса (Ке = Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

После энергетического кризиса 1973 г. правительствами стран и частными компаниями были приняты экстренные меры по поиску новых видов энергетических ресурсов для получения электроэнергии. Таким источником в первую очередь стала солнечная энергия. Были разработаны параболо-цилиндрические концентраторы. Эти устройства концентрируют солнечную энергию на трубчатых приемниках, расположенных в фокусе концентраторов. В 1973 г. был сконструирован плоский концентратор, явившийся успехом научной и инженерной мысли. Это привело к созданию первых солнечных электростанций (СЭС) башенного типа. Широкое применение эффективных материалов, электронных устройств и параболо-цилиндрических концентраторов позволило построить СЭС с уменьшенной стоимостью - системы модульного типа. Началось внедрение этих систем в Калифорнии фирмой Луз (Израиль). Были подписаны контракты с фирмой Эдисон на строительство в южной Калифорнии серии СЭС. В качестве теплоносителя использовалась вода, а полученный пар подавался к турбинам. Первая СЭС, построенная в 1984 г., имела КПД 14,5%, а себестоимость производимой электроэнергии 29 центов/(кВт-ч). В 1994 г. фирма Луз реорганизована в компанию Солел, базирующуюся в Израиле, и продолжает успешно работать над созданием СЭС, ведет строительство СЭС мощностью 200 МВт, а также разрабатывает новые системы аккумулирования энергии. В период между 1984 и 1990 г. фирмой Луз было построено девять СЭС общей мощностью 354 МВт. Последние СЭС, построенные фирмой Луз, производят электроэнергию по 13 центов/(кВт-ч) с перспективой снижения до 10 центов/(кВт-ч). Д. Миле из университета Сиднея улучшил конструкцию солнечного концентратора, использовав слежение за Солнцем по двум осям и применив вакуумированный теплоприемник, получил КПД 25÷30%. Стоимость получаемой электроэнергии составила 6 центов/(кВт-ч). Подобная система будет создана в США после 2005 г. и она позволит снизить стоимость получаемой электроэнергии до 5,4 цента/(кВт-ч). При таких показателях строительство СЭС станет экономичным и конкурентоспособным по сравнению с ТЭС.

Другим типом СЭС, получившим развитие, стали установки с двигателем Стирлинга, размещаемым в фокусе параболического зеркального концентратора. КПД таких установок "может достигать 29%.

Для Украины солнечная энергия является наиболее мощным и доступным из всех видов нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в Украине. Наиболее перспективным регионом использования солнечной энергии является Крымский полуостров. В реальных условиях облачности, годовой приход суммарной солнечной радиации на территории Крымского региона находится на уровне 1200÷1400 кВт ч/м2. При этом, доля прямой солнечной радиации составляет: с ноября по февраль 20÷40 %. с марта по октябрь - 40÷65%, на Южном берегу Крыма в летние месяцы - до 65÷70%.

В 1986 г. вблизи г. Щелкино построена первая в мире солнечная электростанция (СЭС-5) мощностью 5 тыс. кВт (рис 3.9). К 1994г. она выработала около 2 млн. кВт. час электроэнергии. Эксперимент с СЭС показал реальность преобразования солнечной энергии в электрическую, но стоимость отпускаемой электроэнергии оказалась слишком высокой, что в условиях рыночной экономики является малоперспективным. Крымская СЭС проработала с 1986 по 2001 год и была демонтирована.

1-солнечные лучи; 2- башенный парогенератор-гелиоприемник; 3 – пароводяной аккумулятор; 4- гелиостаты.

Рисунок 3.9 – Схема Крымской экспериментальной солнечной электростанции

Солнечный парогенератор принципиально отличается от парогенератора, который работает на органическом топливе. Сильно выраженная неравномерность и резкая нестабильность обогрева рабочей поверхности парогенератора СЭС не позволяет выполнить его по прямоточной схеме. Выполнение парогенератора с многократно принудительной циркуляцией теплоносителя сильно усложняет конструкцию, потому что в нее добавляются циркуляционные насосы. В связи с этим парогенераторы СЭС выполняют по схеме с естественной циркуляцией теплоносителя.

Поверхность нагрева парогенератора образуется вертикальными трубными цельносварными панелями, часть из которых являются испарительными, а часть - водонагревательными. Последние располагаются на южной стороне парогенератора, которая менее всего обогревается. Соседние панели между собой не сваривают. С учетом неравномерности и нестабильности радиационного обогрева трубных панелей каждая испарительная панель включается в самостоятельный циркуляционный контур и соединяется с барабаном парогенератора собственными подводящими и пароотводными трубами. Предусматривается подведение пара в нижние коллекторы панелей от теплового аккумулятора.

солнечной радиации, а следовательно, прекращение выработки пары в парогенераторе схема поддерживается в рабочем состоянии благодаря генерации насыщенного пара, который образуется из насыщенной воды пароводяного аккумулятора 12. В это время конденсат забирается из деаэратора 16 питательным насосом 15 и подается в парогенератор системы тепловой аккумуляции 14, с другой стороны подводится насыщенная вода из пароводяного аккумулятора 12. Полученный насыщенный пар из парогенератора 14 направляется в турбину высокого давления 2, после чего к нему подмешивается насыщенный пара низкого давления. Последний образуется из смеси воды аккумуляторов 13 и 12 последовательным ее расширением в расширителе 9. Для повышения эффективности СЭС последний выполняется двухступенчатым с установкой в паропроводах его ступеней эжектора 7, который обеспечивает повышение давления пара после второй степени ее расширения. Как теплоноситель в первом контуре СЭС вместо воды можно использовать высококипящую жидкость или жидкометаллический теплоноситель с большой удельной теплоемкостью. В этом случае появляется возможность создания дешевого теплового аккумулятора значительной энерговместимости с давлением не выше 0,8÷1 МПа.

При словосочетании “солнечная электростанция” большинство читателей представляет систему из черных, прямоугольных панелей, расположенных в пустыне или на крыше дома. Однако в широком смысле солнечной электростанцией может называться любое устройство, способное тем или иным образом трансформировать тепло и свет солнца в электричество. Именно поэтому существуют разные виды солнечных электростанций, использующих различные способы такой трансформации.

Солнечное электричество: доступное и разнообразное

Извлекать пригодную для бытового использования электроэнергию из солнечных лучей можно различными методами, технология не ограничивается фотоэлектрическими панелями. Конечно, большинство конструкций слишком сложны или дорогостоящие, чтобы применять их в домашних СЭС, но в некоторых регионах мира на их основе работают полноценные промышленные генераторы. Ниже мы расскажем, как устроены солнечные электростанции: преимущества, недостатки и принцип работы.

Как устроены фотоэлектрические электростанции

Фотоэлектрические электростанции наиболее узнаваемы и распространены по всему миру. Это те самые “черные, прямоугольные панели”, которыми обвешаны крыши европейских домов и усеяна Невада.

Как работает солнечная электростанция такого типа объясняют на уроках физики - в основе фотоэлектрической технологии лежат кремниевые полупроводники, способные извлекать энергию фотонов из потока света, которая затем трансформируется в электрическую. За счет этого СЭС может эффективно работать даже зимой - температура воздуха не важна, достаточно только солнечного света.

Благодаря компактности и дешевизне технологии, купить солнечную станцию можно практически в любом регионе мира по доступной для среднестатистического покупателя стоимости. Из недостатков фотоэлектрических модулей можно назвать:

Деградацию полупроводников - со временем они разрушаются и КПД фотоэлектрической СЭС будет постоянно падать;
Относительно невысокую эффективность - большинство панелей выдает 20-24% КПД.

Правда, в защиту фотоэлектрических панелей можно сказать, что технология постоянно развивается, поэтому их стоимость устойчиво падает, а КПД растет - уже есть прототипы с производительностью до 44-46%.

Что такое параболоцилиндрические концентраторные солнечные электростанции

В основе параболоцилиндрической солнечной станции лежит большое по площади параболическое (полукруглое) зеркало с внутренней отражающей поверхностью. Зеркало фокусирует солнечные лучи на специальный цилиндрический резервуар с тепловым агентом. За счет концентрации лучший теплоагент нагревается и испаряет воду, пар крутит турбину генератора.

Как работает солнечная электростанция с парабольными зеркалами проверяли в Калифорнии в 80-х, но позже от нее отказались как от нерентабельной и малоэффективной. Однако в регионах с более высокими температурами параболоцилиндрические СЭС используются до сих пор.

Такая станция на 500 мВт и с полумиллионом зеркал работает в марокканской Сахаре.

Башенные электростанции

Башенные СЭС появились как дальнейшее развитие применения зеркал в получении и трансформации солнечной энергии. Это крупные солнечные электростанции, принцип работы которых построен на кипячении воды: в центре СЭС стоит башня, на вершине которой резервуар с водой, вокруг нее расположены сотни (или тысячи) отражающих солнечный свет гелиостатов. Гелиостаты автоматически корректируют угол наклона, чтобы концентрировать свет на резервуаре с водой, при нагревании вода испаряется, а пар крутит турбину генератора.

Как и в параболоцилиндрических, КПД башенных СЭС зависит от температуры окружающей среды.
Для нормальной работы требуется большая площадь и сложные системы авторегулирования отражателей.

Крупнейшая башенная электростанция построена на территории Израиля. При высоте башни в 240 м и 500 зеркалах она может вырабатывать до 121 мВт электроэнергии. В 2011-м в Испании тестировалась усовершенствованная технология с соляным теплоносителем вместо воды, такое нововведение позволяет СЭС работать круглосуточно, а не только на протяжении светового дня.

Чем отличаются тарельчатые электростанции

Тарельчатые электростанции используют тот же принцип работы, что и башенные, но в их конструкции нет центрального элемента - башни. Вместо нее на каждом гелиостате в точке фокуса солнечных лучей установлен фотонный двигатель Стирлинга. То есть солнечная электроэнергия вырабатывается не централизованно, а каждой зеркальной “тарелкой”, после чего подается в общую сеть.

Технология относительно новая и тестировалась швейцарскими разработчиками в 2015-м на юге Африки. Несмотря на то, что тарельчатые СЭС имеют те же недостатки, что и башенные, их КПД за счет применения фотонных двигателей возросло до 34% - больше, чем у средних фотоэлектрических панелей.

В более простых и дешевых аналогах двигатель Стирлинга заменяется на резервуар с теплоносителем, который испаряет воду, а пар крутит турбину генератора. Однако КПД в таких моделях ниже.

Солнечно-вакуумные электростанции: 100% экологические

Вообще, принцип работы солнечной электростанции данного типа был запатентован во Франции еще в 29-м году прошлого века. Такая СЭС генерирует энергию за счет естественного движения теплого воздуха вверх (в область низкого атмосферного давления). Работает это так:

Стеклянным куполом накрывается большой участок земли. В центре купола устанавливается высокая труба с турбиной.
При попадании солнечных лучей температура внутри купола растет, а разогретый воздух устремляется вверх через трубу.
Этот поток воздуха крутит турбину генератора, установленную в трубе.

Как можно понять, конструкция максимально проста и не может повлиять на окружающую среду. Однако распространения солнечно-вакуумные электростанции не получили, поскольку:

Требуется высокая температура окружающей среды;
Купол должен накрывать большую площадь, а это сложно и дорого;
У таких СЭС невысокий КПД.

Экспериментировать с технологией попытались в Китае, где в 2010-м возвели крупнейшую в мире солнечно-вакуумную электростанцию. В результате, чтобы получить 200 кВт энергии, потребовалось накрыть куполом почти 280 Га земли.

Что такое комбинированные солнечные электростанции

Комбинированными СЭС называют системы, которые используются не только для генерации электричества, но и обеспечения других видов энергоснабжения (как правило, для подогрева воды). Комбинированная станция может включать фотоэлектрические панели и гелиоконцентраторы, которые справляются с подогревом эффективнее.

Правильно выбранная и установленная комбинированная солнечная электростанция (отзывы подтверждают это) может обеспечить:

электроэнергию;
горячее водоснабжение;
отопление дома.

При наличии достаточного количества модулей и уровня солнечной активности в регионе комбинированные СЭС способны сделать частный дом полностью энергоавтономным или как минимум сократить коммунальные расходы.

Читайте также: