Ανασυμπιεσμένες Ηλιακές Εγκαταστάσεις

Συστήματα Συγκεντρωτικής Ηλιακής Ενέργειας

Χρησιμοποιούν κάθρεφτα ή φακούς για να εστιάζουν την ηλιακή ακτινοβολία σε έναν αποδέκτη που θερμαίνει ένα υγρό, οδηγώντας έναν τουρμπίνη ή μηχανή για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Ένα σύστημα συγκεντρωτικής ηλιακής ενέργειας είναι ένα μεγάλου μεγέθους CSP σύστημα που χρησιμοποιεί κάθρεφτα ή φακούς για να εστιάσει την ηλιακή ακτινοβολία σε έναν αποδέκτη που θερμαίνει ένα υγρό που οδηγεί μια τουρμπίνη ή μηχανή για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ένα σύστημα συγκεντρωτικής ηλιακής ενέργειας αποτελείται από διάφορες ενότητες, όπως:

•   Συλλέκτες:Αυτά είναι συστήματα που αντανακλούν ή προσανατολίζουν την ηλιακή ακτινοβολία σε έναν αποδέκτη. Οι συλλέκτες μπορούν να ταξινομηθούν σε τέσσερις τύπους: παραβολικές λεκάνες, παραβολικά πιάτα, γραμμικοί φρεσνελικοί αντικατοπτριστές και κεντρικοί αποδέκτες. Οι παραβολικές λεκάνες είναι καμπυλωμένα κάθρεφτα που εστιάζουν την ηλιακή ακτινοβολία σε μια γραμμική αποδεκτική σωλήνα που τρέχει κατά μήκος της εστιακής τους γραμμής. Τα παραβολικά πιάτα είναι κοίλα κάθρεφτα που εστιάζουν την ηλιακή ακτινοβολία σε έναν σημειακό αποδέκτη στο εστιακό τους σημείο. Οι γραμμικοί φρεσνελικοί αντικατοπτριστές είναι επίπεδα κάθρεφτα που αντανακλούν την ηλιακή ακτινοβολία σε μια γραμμική αποδεκτική σωλήνα πάνω από αυτά. Οι κεντρικοί αποδέκτες είναι πύργοι που περιβάλλονται από ένα σύνολο επίπεδων καθρεφτών, ονομαζόμενων ηλιοστάτες, που αντανακλούν την ηλιακή ακτινοβολία σε έναν σημειακό αποδέκτη στο κορυφαίο τους σημείο.

• Αποδέκτες:  Αυτά είναι συστήματα που απορροφούν την εστιασμένη ηλιακή ακτινοβολία και τη μεταφέρουν σε ένα υγρό μεταφοράς θερμότητας (HTF). Οι αποδέκτες μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο τύπους: εξωτερικοί αποδέκτες και εσωτερικοί αποδέκτες. Οι εξωτερικοί αποδέκτες είναι εκτεθειμένοι στο ατμόσφαιρα και έχουν υψηλές απώλειες θερμότητας λόγω συντονισμού και ακτινοβολίας. Οι εσωτερικοί αποδέκτες είναι κλειστοί σε ένα βακουομμέτριο και έχουν χαμηλές απώλειες θερμότητας λόγω της απομόνωσης και της εξάλειψης.

• Υγρά μεταφοράς θερμότητας: Αυτά είναι υγρά που κυκλοφορούν μέσα στους αποδέκτες και μεταφέρουν θερμότητα από τους συλλέκτες στον τομέα παραγωγής. Τα υγρά μεταφοράς θερμότητας μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο τύπους: θερμικά υγρά και λιωμένα αλάτη. Τα θερμικά υγρά είναι οργανικά υγρά, όπως συνθετικά λάδια ή υδροcarbona, που έχουν υψηλά σημεία καύσης και χαμηλά σημεία παγώματος. Τα λιωμένα αλάτη είναι ανόργανα συνθέματα, όπως νιτρικό νατρίου ή νιτρικό ποτασίου, που έχουν υψηλή θερμική δυναμικότητα και χαμηλή πίεση ατμού.

• Τομέας παραγωγής: Είναι ο τομέας όπου η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από θερμότητα με τη χρήση μιας τουρμπίνης ή μηχανής συνδεδεμένης με έναν γεννήτρια. Ο τομέας παραγωγής μπορεί να ταξινομηθεί σε δύο τύπους: κύκλος παραγωγής ατμού και κύκλος Brayton. Ο κύκλος παραγωγής ατμού χρησιμοποιεί νερό ως HTF και παράγει ατμό που οδηγεί μια τουρμπίνη ατμού συνδεδεμένη με έναν ηλεκτρογεννήτρια. Ο κύκλος Brayton χρησιμοποιεί αέρα ως HTF και παράγει ζεστό αέρα που οδηγεί μια τουρμπίνη αερίου συνδεδεμένη με έναν ηλεκτρογεννήτρια.

• Σύστημα αποθήκευσης: Είναι ο τομέας όπου η υπερβολική θερμότητα αποθηκεύεται για μεταγενέστερη χρήση όταν δεν υπάρχει ηλιακή ακτινοβολία ή όταν υπάρχει υψηλή ζήτηση φορτίου. Τα συστήματα αποθήκευσης μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο τύπους: αποθήκευση ευαισθητοποιημένης θερμότητας και αποθήκευση λατέντης θερμότητας. Η αποθήκευση ευαισθητοποιημένης θερμότητας χρησιμοποιεί υλικά, όπως βράχοι, νερό ή λιωμένα αλάτη, που αποθηκεύουν θερμότητα αυξάνοντας τη θερμοκρασία τους χωρίς να αλλάζει τη φάση τους. Η αποθήκευση λατέντης θερμότητας χρησιμοποιεί υλικά, όπως υλικά αλλαγής φάσης (PCMs) ή θερμοχημικά υλικά (TCMs), που αποθηκεύουν θερμότητα αλλάζοντας τη φάση ή τη χημική κατάσταση τους χωρίς να αλλάζει τη θερμοκρασία τους.

  
  

Η διάταξη ενός συστήματος συγκεντρωτικής ηλιακής ενέργειας εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως οι συνθήκες τόπου, το μέγεθος του συστήματος, τους στόχους σχεδιασμού και τις απαιτήσεις του δικτύου. Ωστόσο, μια τυπική διάταξη αποτελείται από τρεις κύριες ενότητες: πεδίο συλλογής, τομέας παραγωγής και σύστημα αποθήκευσης.

Το πεδίο συλλογής περιλαμβάνει τους συλλέκτες, τους αποδέκτες και τα HTF που συλλέγουν και μεταφέρουν θερμότητα από την ηλιακή ακτινοβολία.Ο τομέας παραγωγής περιλαμβάνει τις τουρμπίνες, τις μηχανές,τους γεννητές και άλλες εγκαταστάσεις που μετατρέπουν τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια.Το σύστημα αποθήκευσης περιλαμβάνει δεξαμενές, σκεύη και άλλες εγκαταστάσεις που αποθηκεύουν θερμότητα για μεταγενέστερη χρήση.

Η λειτουργία ενός συστήματος συγκεντρωτικής ηλιακής ενέργειας εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως οι κλιματολογικές συνθήκες, τη ζήτηση φορτίου και την κατάσταση του δικτύου. Ωστόσο, μια τυπική λειτουργία αποτελείται από τρεις κύριες λειτουργίες: λειτουργία φόρτισης, λειτουργία απόστασης και λειτουργία σύνδεσης με το δίκτυο.

Η λειτουργία φόρτισης συμβαίνει όταν υπάρχει υπερβολική ηλιακή ακτινοβολία και χαμηλή ζήτηση φορτίου. Σε αυτή τη λειτουργία, οι συλλέκτες εστιάζουν την ηλιακή ακτινοβολία στους αποδέκτες που θερμαίνουν το HTF. Το HTF στη συνέχεια ρέει στον τομέα παραγωγής ή στο σύστημα αποθήκευσης, ανάλογα με τη διάταξη και τη στρατηγική ελέγχου του συστήματος.

Η λειτουργία απόστασης συμβαίνει όταν δεν υπάρχει ηλιακή ακτινοβολία ή υπάρχει υψηλή ζήτηση φορτίου. Σε αυτή τη λειτουργία, το HTF ρέει από το σύστημα αποθήκευσης στον τομέα παραγωγής, όπου παράγει ατμό ή ζεστό αέρα που οδηγεί την τουρμπίνη ή τη μηχανή για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Η λειτουργία σύνδεσης με το δίκτυο συμβαίνει όταν υπάρχει διαθέσιμο δίκτυο και ευνοϊκοί ταρίφες. Σε αυτή τη λειτουργία, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τον τομέα παραγωγής μπορεί να εισαχθεί στο δίκτυο μέσω ενός μετατροπέα και ενός στροφανακτή. Η λειτουργία σύνδεσης με το δίκτυο μπορεί επίσης να συμβεί όταν υπάρχει έκπτωση του δικτύου και απαιτείται παρακμική ενέργεια. Σε αυτή τη λειτουργία, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τον τομέα παραγωγής μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τα φορτία μέσω ενός αντιστροφέα και ενός στροφανακτή.