Nhà máy điện mặt trời tập trung

Nhà máy điện năng lượng mặt trời tập trung

Sử dụng gương hoặc thấu kính để tập trung ánh sáng mặt trời vào một bộ thu nhận làm nóng chất lỏng, từ đó vận hành tua-bin hoặc động cơ để tạo ra điện.

Một nhà máy điện năng lượng mặt trời tập trung là hệ thống CSP quy mô lớn sử dụng gương hoặc thấu kính để tập trung ánh sáng mặt trời vào một bộ thu nhận làm nóng chất lỏng, từ đó vận hành tua-bin hoặc động cơ để tạo ra điện. Một nhà máy điện năng lượng mặt trời tập trung bao gồm nhiều thành phần, như:

•   Thiết bị thu năng lượng:Đây là các thiết bị phản xạ hoặc khúc xạ ánh sáng mặt trời vào một bộ thu nhận. Thiết bị thu năng lượng có thể được phân loại thành bốn loại: máng parabol, đĩa parabol, phản xạ Fresnel tuyến tính và bộ thu nhận trung tâm. Máng parabol là những tấm gương cong tập trung ánh sáng mặt trời vào một ống thu nhận tuyến tính chạy dọc theo đường tiêu của chúng. Đĩa parabol là những tấm gương lõm tập trung ánh sáng mặt trời vào một bộ thu nhận điểm tại điểm tiêu của chúng. Phản xạ Fresnel tuyến tính là những tấm gương phẳng phản xạ ánh sáng mặt trời lên một ống thu nhận tuyến tính phía trên. Bộ thu nhận trung tâm là những tháp được bao quanh bởi một mảng các tấm gương phẳng gọi là heliostat phản xạ ánh sáng mặt trời lên một bộ thu nhận điểm ở đỉnh.

• Bộ thu nhận:  Đây là các thiết bị hấp thụ ánh sáng mặt trời tập trung và chuyển nó sang chất lỏng truyền nhiệt (HTF). Bộ thu nhận có thể được phân loại thành hai loại: bộ thu nhận bên ngoài và bộ thu nhận bên trong. Bộ thu nhận bên ngoài tiếp xúc với không khí và có tổn thất nhiệt cao do đối lưu và bức xạ. Bộ thu nhận bên trong được bao kín trong buồng chân không và có tổn thất nhiệt thấp do cách nhiệt và bơm hút.

• Chất lỏng truyền nhiệt: Đây là các chất lỏng tuần hoàn qua bộ thu nhận và vận chuyển nhiệt từ thiết bị thu năng lượng đến khối phát điện. Chất lỏng truyền nhiệt có thể được phân loại thành hai loại: chất lỏng nhiệt và muối tan chảy. Chất lỏng nhiệt là các chất lỏng hữu cơ như dầu tổng hợp hoặc hydrocacbon có điểm sôi cao và điểm đóng băng thấp. Muối tan chảy là các hợp chất vô cơ như nitrat natri hoặc nitrat kali có khả năng chứa nhiệt cao và áp suất hơi thấp.

• Khối phát điện: Đây là nơi tạo ra điện từ nhiệt bằng cách sử dụng tua-bin hoặc động cơ kết hợp với máy phát điện. Khối phát điện có thể được phân loại thành hai loại: chu trình hơi nước và chu trình Brayton. Chu trình hơi nước sử dụng nước làm HTF và sản xuất hơi nước để vận hành tua-bin hơi nước kết nối với máy phát điện. Chu trình Brayton sử dụng không khí làm HTF và sản xuất không khí nóng để vận hành tua-bin khí kết nối với máy phát điện.

• Hệ thống lưu trữ: Đây là nơi lưu trữ nhiệt dư thừa để sử dụng sau này khi không có ánh sáng mặt trời hoặc khi có nhu cầu tải cao. Hệ thống lưu trữ có thể được phân loại thành hai loại: lưu trữ nhiệt cảm giác và lưu trữ nhiệt tiềm năng. Lưu trữ nhiệt cảm giác sử dụng các vật liệu như đá, nước hoặc muối tan chảy lưu trữ nhiệt bằng cách tăng nhiệt độ mà không thay đổi pha. Lưu trữ nhiệt tiềm năng sử dụng các vật liệu như vật liệu thay đổi pha (PCMs) hoặc vật liệu hóa học nhiệt (TCMs) lưu trữ nhiệt bằng cách thay đổi pha hoặc trạng thái hóa học mà không thay đổi nhiệt độ.

  
  

Bố cục của một nhà máy điện năng lượng mặt trời tập trung phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như điều kiện địa điểm, kích thước hệ thống, mục tiêu thiết kế và yêu cầu lưới điện. Tuy nhiên, bố cục điển hình bao gồm ba phần chính: khu vực thu thập, khối phát điện và hệ thống lưu trữ.

Khu vực thu thập bao gồm các thiết bị thu năng lượng, bộ thu nhận và HTF thu thập và vận chuyển nhiệt từ ánh sáng mặt trời.Khối phát điện bao gồm tua-bin, động cơ,máy phát điện và các thiết bị khác chuyển đổi nhiệt thành điện.Hệ thống lưu trữ bao gồm các bể, bình và các thiết bị khác lưu trữ nhiệt để sử dụng sau này.

Hoạt động của một nhà máy điện năng lượng mặt trời tập trung phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như điều kiện thời tiết, nhu cầu tải và tình trạng lưới điện. Tuy nhiên, hoạt động điển hình bao gồm ba chế độ chính: chế độ sạc, chế độ xả và chế độ kết nối lưới.

Chế độ sạc xảy ra khi có ánh sáng mặt trời dư thừa và nhu cầu tải thấp. Trong chế độ này, các thiết bị thu năng lượng tập trung ánh sáng mặt trời vào bộ thu nhận làm nóng HTF. HTF sau đó chảy đến khối phát điện hoặc hệ thống lưu trữ, tùy thuộc vào cấu hình hệ thống và chiến lược kiểm soát.

Chế độ xả xảy ra khi không có ánh sáng mặt trời hoặc nhu cầu tải cao. Trong chế độ này, HTF chảy từ hệ thống lưu trữ đến khối phát điện, nơi nó tạo ra hơi nước hoặc không khí nóng để vận hành tua-bin hoặc động cơ để tạo ra điện.

Chế độ kết nối lưới xảy ra khi có sẵn lưới điện và tỷ lệ giá phù hợp. Trong chế độ này, điện được tạo ra bởi khối phát điện có thể được cấp vào lưới điện thông qua biến áp và công tắc. Chế độ kết nối lưới cũng có thể xảy ra khi có sự cố lưới điện và cần nguồn điện dự phòng. Trong chế độ này, điện được tạo ra bởi khối phát điện có thể được sử dụng bởi các tải thông qua bộ nghịch đảo và công tắc.