Naperőművek típusai: torony, tárcsa, parabola-hengeres koncentrátor, szoláris-vákuum, kombinált
A napsugárzás energiájának átalakítására vagy más szóval - naphő és fény, elektromos energiává, sok éve a világ számos országában használnak naperőműveket. Ezek eltérő kialakítású, más-más elven működő mérnöki szerkezetek, az erőmű típusától függően.
Ha valaki a "naperőmű" kombinációt hallva egy hatalmas, napelemekkel borított területet képzel el, az nem meglepő, mert ez a típusú, fotovoltaikus erőmű ma már sok háztartásban nagyon népszerű. De nem ez az egyetlen típusú naperőmű.
Az összes ma ismert, ipari méretekben áramot termelő naperőmű hat típusra osztható: torony, lemez, fotovoltaikus, parabola-hengeres koncentrátor, nap-vákuum és kombinált.Nézzük meg részletesen az egyes naperőművek típusait, és figyeljünk a világ különböző országaiban található konkrét szerkezetekre.
Torony erőművek
Naperőmű – Olyan naperőmű, amelyben a heliosztátmező által alkotott optikai koncentráló rendszer sugárzását egy toronyba szerelt napelem-vevőre irányítják.
A toronyerőművek eredetileg a napsugárzás hatására történő vízpárolgás elvén alapultak. Itt vízgőzt használnak munkaközegként. Az ilyen állomás közepén található torony tetején víztartály található, amely feketére van festve, hogy a legjobban elnyelje a látható sugárzást és a hőt. Ezenkívül a toronynak van egy szivattyúcsoportja, amelynek feladata a tározó vízellátása. A gőz, amelynek hőmérséklete meghaladja az 500 ° C-ot, megfordítja az állomás területén található turbinagenerátort.
Annak érdekében, hogy a lehető legnagyobb mennyiségű napsugárzást a torony tetejére koncentrálják, több száz heliosztátot helyeznek el körülötte, amelyek feladata a visszavert napsugárzás közvetlenül a víztartályba irányítani. A heliosztátok olyan tükrök, amelyek mindegyikének területe elérheti a több tíz négyzetmétert.
Heliosztát [heliosztát] – Optikai koncentrálórendszer lapos vagy fókuszáló tüköreleme, amely egyedi irányítóeszközzel rendelkezik a visszavert közvetlen napsugárzás napsugárzás-vevőre történő irányítására.
Az automatikus fókuszrendszerrel felszerelt tartókra szerelve minden heliosztát a visszavert napsugárzást közvetlenül a torony tetejére, a tartályba irányítja, mivel a pozicionálás a nap napközbeni mozgásának megfelelően működik.
A legmelegebb napon a termelt gőz hőmérséklete akár 700 °C-ra is emelkedhet, ami bőven elegendő a turbina normál működéséhez.
Például Izraelben, a Negev-sivatag területén 2017 végére befejeződik egy több mint 121 MW-os toronnyal rendelkező erőmű építése, melynek magassága 240 méter lesz. (a világ legmagasabb napelemes tornya az építés idején). , körülötte pedig több százezer heliosztátból álló padló lesz, amelyeket Wi-Fi vezérléssel fognak elhelyezni. A gőz hőmérséklete a tartályban eléri az 540 °C-ot. A 773 millió dolláros projekt Izrael villamosenergia-szükségletének 1%-át fedezi.
A toronyban nem csak a vizet lehet napsugárzással felmelegíteni. Például Spanyolországban 2011-ben üzembe helyezték a Gemasolar torony napelemes erőművet, amelyben sós hűtőfolyadékot melegítenek. Ezzel a megoldással akár éjszaka is lehetett fűteni.
Az 565 ° C-ra felmelegített só egy speciális tartályba kerül, amely után hőt ad át a gőzfejlesztőnek, amely megfordítja a turbinát. A teljes rendszer névleges teljesítménye 19,9 MW, és 110 GWh (éves átlag) villamos energiát képes ellátni 27 500 háztartás teljes kapacitással, 24 órájában 9 hónapon keresztül működő hálózatának ellátására.
Sok erőművek
Az ilyen típusú erőművek elvileg hasonlóak a toronyerőművekhez, de szerkezetileg eltérőek. Külön modulokat használ, amelyek mindegyike áramot termel. A modul tartalmaz egy reflektort és egy vevőt is. A tartóra reflektort képező tükrök parabolaszerelvénye van felszerelve.
Tükörerősítő — Napsugárzás-koncentrátor tükörbevonattal.Spekkuláris fazettás koncentrátor – A napsugárzás tükröződő koncentrátora, amely lapos vagy íves alakú egyedi tükrökből áll, amelyek közös visszaverő felületet alkotnak.
A vevő a paraboloid fókuszában található. A reflektor több tucat tükörből áll, mindegyik egyedileg testreszabható. A vevő lehet egy Stirling-motor generátorral kombinálva, vagy egy víztartály, amely gőzzé alakul, és a gőz megforgatja a turbinát.
Például 2015-ben a svédországi Ripasso egy Stirling-motorral felszerelt parabolikus helotermikus egységet tesztelt Dél-Afrikában. Az installáció reflektora egy 96 részből álló, 104 négyzetméter összterületű parabola tükör.
A hangsúly egy lendkerékkel felszerelt, generátorhoz csatlakoztatott Stirling-hidrogénmotoron volt. A tányér lassan megfordult, hogy napközben kövesse a napot. Ennek eredményeként a hatásfok 34% volt, és egy-egy ilyen "lemez" évente 85 MWh áramot tudott biztosítani a felhasználónak.
Az igazság kedvéért megjegyezzük, hogy egy ilyen típusú naperőmű "tányérjának" fókuszában egy olajtartály helyezhető el, amelynek hője átadható a gőzfejlesztőnek, amely viszont forgatja a az elektromos generátor turbinája.
Parabolikus csöves naperőművek
A fűtőközeget itt is koncentrált visszavert sugárzás melegíti. A tükör egy legfeljebb 50 méter hosszú, parabola henger alakú, észak-déli irányban helyezkedik el, és a nap mozgását követi. A tükör fókuszában egy rögzített cső található, amelyen a folyékony hűtőközeg mozog.Amint a hűtőfolyadék kellően felmelegedett, a hő átadódik a hőcserélőben lévő víznek, ahol a gőz ismét megfordítja a generátort.
Parabolikus folyosó koncentrátor — A napsugárzás tükörkoncentrátora, amelynek alakját egy önmagával párhuzamosan mozgó parabola alkotja.
Az 1980-as években Kaliforniában a Luz International 9 ilyen erőművet épített, összesen 354 MW teljesítménnyel. Több éves gyakorlat után azonban a szakértők arra a következtetésre jutottak, hogy manapság a parabolaerőművek mind jövedelmezőségben, mind hatékonyságban alulmúlják a torony- és lemezes naperőműveket.
2016-ban azonban egy erőművet fedeztek fel a Szahara sivatagban, Casablanca közelében. napelem koncentrátorok, 500 MW teljesítménnyel. Félmillió 12 méteres tükör 393 °C-ra melegíti a hűtőfolyadékot, hogy a vizet gőzzé alakítsa a forgó generátorturbinákhoz. Éjszaka a hőenergia olvadt sóban tárolva tovább működik. Marokkó állam így tervezi fokozatosan megoldani a környezetbarát energiaforrás problémáját.
Fotovoltaikus erőművek
Fotovoltaikus modulokra épülő állomások, napelemek. Nagyon népszerűek és elterjedtek a modern világban. A szilíciumcellákon alapuló modulokat széles körben használják kis telephelyek, például szanatóriumok, magánvillák és egyéb épületek áramellátására, ahol a szükséges teljesítményű állomást különálló alkatrészekből állítják össze és telepítik a tetőre vagy egy megfelelő terület telkére. Az ipari fotovoltaikus erőművek képesek a kisvárosok áramellátására.
Naperőmű (SES) [naperőmű] – A napsugárzás energiájának elektromos árammá alakítására tervezett erőmű.
Például Oroszországban 2015-ben üzembe helyezték az ország legnagyobb fotovoltaikus erőművét. A 100 000 napelemből álló, 25 MW összteljesítményű "Alexander Vlazhnev" napelemes erőmű 25 MW-os területen található. 80 hektár Orsk és Gai városai között. Az állomás kapacitása elegendő ahhoz, hogy Orsk város felét árammal látja el, beleértve az üzleti és lakóépületeket is.
Az ilyen állomások működési elve egyszerű. A fényfotonok energiája árammá alakul egy szilícium lapkában; ennek a félvezetőnek a belső fotoelektromos hatását régóta tanulmányozták és elfogadták a napelemgyártók. De a kristályos szilícium, amely 24%-os hatékonyságot ad, nem az egyetlen lehetőség. A technológia folyamatosan fejlődik. Így 2013-ban a Sharp mérnökei 44,4%-os hatásfokot értek el indium-gallium-arzenid elemből, a fókuszáló lencsék használata pedig lehetővé teszi mind a 46%-os hatékonyság elérését.
Napelemes vákuumerőművek
Teljesen ökológiai típusú napelemes állomások. Elvileg a természetes légáramlást használják, ami a hőmérséklet-különbség miatt következik be (a földfelszínen lévő levegő felmelegszik és felfelé rohan). Ezt az ötletet 1929-ben szabadalmaztatták Franciaországban.
Üvegház épül, ami egy üveggel borított földterület. Az üvegház közepéből egy torony áll ki, egy magas cső, amelyben egy generátorturbina van felszerelve. A nap felmelegíti az üvegházat, a csövön feláramló levegő pedig megfordítja a turbinát.A huzat mindaddig állandó marad, amíg a nap zárt üvegtérfogatban melegíti a levegőt, és éjszaka is, amíg a föld felszíne megtartja a hőt.
Egy ilyen típusú kísérleti állomás 1982-ben épült Madridtól 150 kilométerre délre, Spanyolországban. Az üvegház átmérője 244 méter, a cső 195 méter magas volt. A maximális kifejlesztett teljesítmény mindössze 50 kW. A turbina azonban 8 évig működött, míg a rozsda és a nagy szél miatt meghibásodott. 2010-ben Kína befejezte egy napelemes vákuumállomás építését, amely 200 kW teljesítményt tudott szolgáltatni. Területe 277 hektár.
Kombinált naperőművek
Ezek azok az állomások, ahol a melegvíz- és fűtési kommunikáció hőcserélőkhöz csatlakozik, általában különféle igényekre melegítenek vizet. A kombinált állomások kombinált megoldásokat is tartalmaznak, amikor a koncentrátorok párhuzamosan működnek a napelemekkel. A kombinált naperőművek gyakran az egyetlen megoldás a magánházak alternatív áramellátására és fűtésére.