معرفی سیستم:

در حال حاضر تکنولوژی نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از متمرکز کننده‌ی سهومی خطی، قابل توجه‌ترین روش در بین روش‌های حرارتی-برقی برای تولید انرژی تجدیدپذیر می‌باشد. این تکنولوژی برای اولین بار از سال ۱۹۸۴ در صحرای مجاو کالیفرنیای آمریکا به کار گرفته شد ولی بعدها- هم به صورت خورشیدی و هم به صورت هیبرید- در کشورهایی مانند اسپانیا، مصر، مراکش و عمارات به کار گرفته شد. این نیروگاه‌ها که بر اساس ویژگی‌های آب و هوای روزانه کار می‌کنند، حدود ۱۴ تا ۸۰ مگاوات برق تولید می‌کنند.

بررسی اجمالی نیروگاه:

شکل زیر نشان دهنده‌ی روندی است که اکثر نیروگاه‌های حرارتی برقی امروزی بر اساس آن کار می‌کنند. یک کلکتور خطی سهموی، یک آینه‌ی ساده‌ی سهمی شکل است که اشعه‌ی خورشید را از محور طبیعی‌اش به محور خودش منحرف می‌کند (مانند شکل). مقطع آینه، یک منحنی سهمی شکل است و علت نام گذاری آن به خاطر همین موضوع است. شعاع انحنای این آینه‌ها حدود ۱ تا ۴ برابر فاصله کانونی است و نسبت تمرکز متداول، چیزی حدود ۸۰ می‌باشد ولی با استفاده از مقیاس‌های بزرگ‌تر، این مقدار می‌تواند بیشتر نیز باشد. این آینه‌ی سهمی شکل در امتداد محوری کشیده شده است که در واقع، خط کانون سهمی است. در محل محور مذکور یک کلکتور نصب می‌گردد که لوله‌ی جاذب نام دارد. آینه‌ها و لوله‌ها روی یک سازه‌ی فولادی نصب می‌گردند تا محکم در جای خود قرار گیرند (به شکل توجه شود). این سازه هر روز خورشید را از شرق به غرب دنبال می‌کنند تا این اطمینان حاصل شود که پرتوهای خورشید به دریافت کننده‌ی خطی می‌تابد.

solar-parabolic-through-ecogeek-01

solar-parabolic-through-ecogeek-02

مایع داخل لوله‌ی جاذب که به اختصار HTF نامیده شده است– معمولاً روغن ترکیب- گرم می‌شود، بنابراین، انرژی ذخیره شده از طریق گردش این مایع به مبدل حرارتی تخلیه می‌شود. انرژی تخلیه شده به آب موجود در یک چرخه‌ی بخار (رنکین) معمولی داده می‌شود که به این روند، تولید بخار غیرمستقیم گویند که دو مرحله‌ای است. یک روش دیگر نیز وجود دارد که روش تک مرحله‌ای است و در آن، مستقیماً از آب استفاده می‌شود(DSG).

نکات مثبت این تکنولوژی واضح است، مثلاً می‌توان در مواقعی که نور خورشید در دسترس نیست، از انرژی ذخیره شده بهره جست.

در روزهای گرم و طولانی تابستان، یک نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از متمرکز کننده سهموی می تواند حدود ۱۰ تا ۱۲ ساعت با توان نامی خود کار می‌کند. البته سعی بر این است که نیروگاه‌های جدید به صورت هیبرید ساخته شوند تا از یک میدان فسیلی به عنوان منبع پشتیبان در زمان‌های عدم تابش نور خورشید کافی، استفاده کنند.

در اینجا قصد داریم به بررسی یک نیروگاه با قابلیت ذخیره‌ی انرژی برای ۷.۵ ساعت و ظرفیت تولید ۵۰ مگاوات برق بپردازیم، یعنی چیزی شبیه به نیروگاه آنداسول در اسپانیا که اولین نیروگاه سهموی خطی در اروپا و اولین نیروگاه با سیستم ذخیره سازی در دنیا می‌باشد. شکل زیر بیانگر نیروگاه مورد مطالعه می‌باشد. در این شکل، نیروگاه شامل سه جزء اصلی است: مزرعه‌ی خورشیدی، سیستم ذخیره سازی و بلوک قدرت. این سه جزء از طریق دو مبدل حرارتی با یکدیگر ادغام می‌شوند. یک سیال حامل (HTF) در مرکز کلکتورها واقع در مزرعه‌ی خورشیدی گرم می‌شود. این مایع در چند مبدل حرارتی گردانده می‌شود تا بخاری با فشار بالا تولید کند. سپس همان طور که ذکر شد، بخار وارد چرخه‌ی رنکین شده تا توربین‌های رایج را تحریک کند. بخار با انرژی تخلیه شده به مایع تبدیل شده و برای گرم شدن مجدد آماده می‌شود.

solar-parabolic-through-ecogeek-04

وقتی توان گرمایی مزرعه‌ی خورشیدی به الزامات بلوک توان رسید، ذخیره انرژی گرمایی (سیستم غیر مستقیم با دو تانک) شارژ می‌شود. مازاد گرما، از طریق یک مبدل گرما به نمک مذاب منتقل می‌شود. نمک مذاب گرم شده، در تانک نمک گرم ذخیره می‌شود. تخلیه‌ی نمک از تانک گرم برای گرم کردن مجدد HTF در همان مبدل گرما رخ می‌دهد با این تفاوت که وقتی مزرعه‌ی خورشیدی میزان توان کافی برای تولید بخار را ندارد، جریان انتقال گرمای نمک در مبدل به صورت عکس می‌باشد.

مزرعه خورشیدی

عضو اصلی در مزرعه‌ی خورشیدی، کلکتور می‌باشد. کلکتور SKAL-ET150 با سیستم دنبال کننده‌ی مداوم را می‌توان به عنوان نمونه‌ای بارز نام برد. برخی از مشخصات کلکتورهای در جدول زیر آورده شده است:

solar-parabolic-through-ecogeek-05

سیستم ذخیره

سیستم ذخیره شامل تانک‌های گرم و خنک می‌باشد. محتوای این تانک‌ها، نمک نیترات مذاب (۶۰% NaNO3 + 40% KNO3 ) می‌باشد. سیستم ذخیره‌ی نیروگاه آنداسول توانایی تأمین توان نامی برای ۷.۵ ساعت را دارد. اطلاعات دقیق این سیستم به همراه عکس آن در ادامه آورده شده است:

  • دمای تانک خنک: ۲۹۲ درجه سانتی‌گراد
  • دمای تانک گرم: ۳۸۶ درجه سانتی‌گراد
  • دبی: ۹۴۸ کیلوگرم بر ثانیه
  • ارتفاع ۱۴ متر و قطر ۳۸ متر

solar-parabolic-through-ecogeek-06

بلوک قدرت

انرژی گرمایی از طریق سیال HTF به قسمت ژنراتورهای قدرت منتقل می‌شود. قسمت ژنراتور شامل سیستمی با چرخه‌ی رنکین است. به دلیل پایداری حرارتی HTF، بیشینه دمای بخار در چرخه‌ی توان نزدیک ۳۷۰ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌باشد.

نوع توربین بخار، شامل یک توربین منفرد و شش استخراج کننده‌ی بخار می‌باشد. در اینجا برای نمونه به توربین SST-700 زیمنس اشاره می‌کنیم که پارامترهای آن در زیر لیست شده‌اند:

  •  ظرفیت نرمال ۵۰.۰ مگاوات
  • بازده تبدیل ۳۸%
  • شرایط ورودی توربین ۱۰۰بار ۳۷۰ درجه‌ی سانتی‌گراد، بازگرمای ۱۶.۵ بار ۳۷۰ درجه‌ی سانتی‌گراد
  • جریان بخار نامی ۵۹ کیلوگرم بر ثانیه
  • طراحی فشار ۰.۰۸ بار

برج خنک کننده، آبی که برای متراکم کردن بخار خارج شده از توربین استفاده می‌شود را خنک می‌کند که در بخش‌های بعدی، با این سیستم بیشتر آشنا خواهید شد. از آنجا که بحث چرخه‌ی رنکین و شیوه‌ی خنک سازی بسیار حائز اهمیت است، آن‌ها را در قسمت دوم این مطلب معرفی خواهم کرد. اگر علاقمند به آشنایی بیشتر با نیروگاه‌های خورشیدی سهموی خطی هستید، پس با اکوگیک همراه باشید.

[message_box title=”توجه” color=”green”]از آنجا که این مطلب کامل نیست، ممکن است در آینده تصحیح یا تکمیل گردد. در صورتی که اطلاعات تکمیلی در مورد نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از متمرکز کننده سهموی خطی در اختیار دارید، حتما با ما در میان بگذارید.[/message_box]

نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از متمرکز کننده سهموی خطی (قسمت دوم)