نیروگاه‌های خورشیدی تمرکزی

نیروگاه‌های خورشیدی تمرکزی

از آینه‌ها یا عدسی‌ها برای تمرکز نور خورشید روی یک دریافت‌کننده استفاده می‌کنند که مایعی را گرم می‌کند و باعث می‌شود توربین یا موتوری را به حرکت درآورد تا برق تولید شود.

نیروگاه خورشیدی تمرکزی یک سیستم CSP مقیاس بزرگ است که از آینه‌ها یا عدسی‌ها برای تمرکز نور خورشید روی یک دریافت‌کننده استفاده می‌کند که مایعی را گرم می‌کند و باعث می‌شود توربین یا موتوری را به حرکت درآورد تا برق تولید شود. نیروگاه خورشیدی تمرکزی شامل چندین مؤلفه است، مانند:

•   جمع‌کننده‌ها:این دستگاه‌ها نور خورشید را با انعکاس یا انکسار روی یک دریافت‌کننده متمرکز می‌کنند. جمع‌کننده‌ها می‌توانند به چهار نوع تقسیم‌بندی شوند: لوله‌های پارابولیک، دیش‌های پارابولیک، منشورهای خطی فرزنل و دریافت‌کننده‌های مرکزی. لوله‌های پارابولیک آینه‌های خمیده‌ای هستند که نور خورشید را روی یک لوله دریافت‌کننده خطی که در خط کانونی آن قرار دارد متمرکز می‌کنند. دیش‌های پارابولیک آینه‌های مقعر هستند که نور خورشید را روی یک دریافت‌کننده نقطه‌ای در نقطه کانونی خود متمرکز می‌کنند. منشورهای خطی فرزنل آینه‌های صاف هستند که نور خورشید را روی یک لوله دریافت‌کننده خطی بالای آن‌ها منعکس می‌کنند. دریافت‌کننده‌های مرکزی برج‌هایی هستند که با آرایه‌ای از آینه‌های صاف به نام هلیوستات‌ها احاطه شده‌اند که نور خورشید را روی یک دریافت‌کننده نقطه‌ای در قسمت بالایی آن‌ها منعکس می‌کنند.

• دریافت‌کننده‌ها:  این دستگاه‌ها نور خورشید متمرکز شده را جذب کرده و آن را به مایع انتقال حرارت (HTF) منتقل می‌کنند. دریافت‌کننده‌ها می‌توانند به دو نوع تقسیم‌بندی شوند: دریافت‌کننده‌های خارجی و دریافت‌کننده‌های داخلی. دریافت‌کننده‌های خارجی به جو معرض هستند و به دلیل تراکم و تشعشعات از تلفات گرمایی بالایی برخوردار هستند. دریافت‌کننده‌های داخلی در یک ظرف خلاء قرار دارند و به دلیل عایق‌بندی و خلاء تلفات گرمایی کمتری دارند.

• مایع‌های انتقال حرارت: این مایع‌ها از طریق دریافت‌کننده‌ها گردش می‌کنند و حرارت را از جمع‌کننده‌ها به بلوک توان منتقل می‌کنند. مایع‌های انتقال حرارت می‌توانند به دو نوع تقسیم‌بندی شوند: مایع‌های گرمایی و سنگ‌های ذوب شده. مایع‌های گرمایی مایعات آلی مانند روغن‌های مصنوعی یا هیدروکربن‌هایی هستند که دارای نقطه جوش بالا و نقطه یخ زدن پایین هستند. سنگ‌های ذوب شده مواد غیرآلی مانند نیترات سدیم یا نیترات پتاسیم هستند که دارای ظرفیت گرمایی بالا و فشار بخار پایین هستند.

• بلوک توان: اینجاست که از طریق یک توربین یا موتور متصل به یک ژنراتور، برق از حرارت تولید می‌شود. بلوک توان می‌تواند به دو نوع تقسیم‌بندی شود: چرخه بخار و چرخه برایتون. چرخه بخار از آب به عنوان HTF استفاده می‌کند و بخار تولید می‌کند که یک توربین بخار متصل به یک ژنراتور الکتریکی را به حرکت درمی‌آورد. چرخه برایتون از هوا به عنوان HTF استفاده می‌کند و هوا گرم تولید می‌کند که یک توربین گازی متصل به یک ژنراتور الکتریکی را به حرکت درمی‌آورد.

• سیستم ذخیره‌سازی: اینجاست که حرارت اضافی برای استفاده بعدی وقتی نور خورشید وجود ندارد یا زمانی که تقاضای بار بالا است ذخیره می‌شود. سیستم‌های ذخیره‌سازی می‌توانند به دو نوع تقسیم‌بندی شوند: ذخیره‌سازی حرارت حسی و ذخیره‌سازی حرارت پنهان. ذخیره‌سازی حرارت حسی از موادی مانند سنگ‌ها، آب یا سنگ‌های ذوب شده استفاده می‌کند که حرارت را با افزایش دما بدون تغییر فاز ذخیره می‌کنند. ذخیره‌سازی حرارت پنهان از موادی مانند مواد تغییر فاز (PCMs) یا مواد ترموفیزیکی (TCMs) استفاده می‌کند که حرارت را با تغییر فاز یا وضعیت شیمیایی بدون تغییر دما ذخیره می‌کنند.

  
  

طرح یک نیروگاه خورشیدی تمرکزی به چند عامل بستگی دارد، مانند شرایط محل، اندازه سیستم، اهداف طراحی و نیازهای شبکه. با این حال، یک طرح معمول شامل سه بخش اصلی است: میدان جمع‌آوری، بلوک توان و سیستم ذخیره‌سازی.

میدان جمع‌آوری شامل جمع‌کننده‌ها، دریافت‌کننده‌ها و HTFs است که حرارت را از نور خورشید جمع‌آوری و انتقال می‌دهند.بلوک توان شامل توربین‌ها، موتورها،ژنراتورها و تجهیزات دیگری است که حرارت را به برق تبدیل می‌کنند.سیستم ذخیره‌سازی شامل مخازن، ظروف و دستگاه‌های دیگری است که حرارت را برای استفاده بعدی ذخیره می‌کنند.

عملکرد یک نیروگاه خورشیدی تمرکزی به چند عامل بستگی دارد، مانند شرایط هواشناسی، تقاضای بار و وضعیت شبکه. با این حال، عملکرد معمول شامل سه حالت اصلی است: حالت شارژ، حالت دیسچارژ و حالت اتصال به شبکه.

حالت شارژ زمانی رخ می‌دهد که نور خورشید اضافی و تقاضای بار پایین است. در این حالت، جمع‌کننده‌ها نور خورشید را روی دریافت‌کننده‌ها متمرکز می‌کنند که مایع انتقال حرارت (HTF) را گرم می‌کنند. سپس HTF به بلوک توان یا سیستم ذخیره‌سازی می‌رود، به وسیله تنظیمات سیستم و استراتژی کنترل.

حالت دیسچارژ زمانی رخ می‌دهد که نور خورشید وجود ندارد یا تقاضای بار بالا است. در این حالت، HTF از سیستم ذخیره‌سازی به بلوک توان می‌رود، جایی که بخار یا هوا گرم تولید می‌کند که توربین یا موتور را به حرکت درمی‌آورد تا برق تولید شود.

حالت اتصال به شبکه زمانی رخ می‌دهد که شبکه موجود و نرخ تعرفه مطلوب است. در این حالت، برق تولید شده توسط بلوک توان می‌تواند از طریق یک ترانسفورماتور و یک سوئیچ به شبکه ارسال شود. حالت اتصال به شبکه می‌تواند همچنین زمانی رخ دهد که قطعی در شبکه وجود داشته باشد و نیاز به برق پشتیبان باشد. در این حالت، برق تولید شده توسط بلوک توان می‌تواند از طریق یک انورتر و یک سوئیچ به بارها ارسال شود.