Компактный линейный отражатель Френеля
Компактный линейный отражатель Френеля ( CLFR ), также называемый концентрирующим линейным отражателем Френеля , представляет собой особый тип технологии линейного отражателя Френеля ( LFR ). Они названы в честь своего сходства с линзой Френеля , в которой множество маленьких и тонких фрагментов линзы объединены, чтобы имитировать гораздо более толстую простую линзу. Эти зеркала способны концентрировать солнечную энергию примерно в 30 раз сильнее ее обычной интенсивности . [1]
В линейных отражателях Френеля используются длинные тонкие сегменты зеркал для фокусировки солнечного света на фиксированный поглотитель, расположенный в общей фокусной точке отражателей. Эта концентрированная энергия передается через абсорбер в некую термическую жидкость (обычно это масло, способное сохранять жидкое состояние при очень высоких температурах). Затем жидкость проходит через теплообменник для питания парогенератора . В отличие от традиционных LFR, CLFR использует несколько поглотителей вблизи зеркал.
История
[ редактировать ]Первая солнечная энергосистема с линейным отражателем Френеля была разработана в Италии в 1961 году Джованни Франча из Университета Генуи . [2] Франсиа продемонстрировал, что такая система может создавать повышенные температуры, способные заставить жидкость работать. Технология была дополнительно исследована такими компаниями, как FMC Corporation , во время нефтяного кризиса 1973 года , но оставалась относительно нетронутой до начала 1990-х годов. [1] В 1993 году первый CLFR был разработан в Сиднейском университете в 1993 году и запатентован в 1995 году. В 1999 году конструкция CLFR была усовершенствована за счет внедрения усовершенствованного поглотителя. [2] В 2003 году концепция была расширена до 3D- геометрии. [3] Исследования, опубликованные в 2010 году, показали, что более высокие концентрации и / или более высокие углы восприятия могут быть получены с использованием невизуирующей оптики. [4] исследовать различные степени свободы в системе, такие как изменение размера и кривизны гелиостатов , размещение их на различной высоте (на кривой формы волны) и объединение полученного первичного сигнала с вторичными, не отображающими изображения. [5]
Дизайн
[ редактировать ]Отражатели
[ редактировать ]Отражатели расположены в основании системы и собирают солнечные лучи в поглотитель. Ключевым компонентом, который делает все системы LFR более выгодными по сравнению с традиционными параболическими системами зеркал, является использование «отражателей Френеля». В этих отражателях используется эффект линзы Френеля , который позволяет создать концентрирующее зеркало с большой апертурой и коротким фокусным расстоянием , одновременно уменьшая объем материала, необходимого для отражателя. Это значительно снижает стоимость системы, поскольку параболические отражатели из прогнутого стекла обычно очень дороги. [2] Однако в последние годы тонкопленочные нанотехнологии позволили значительно снизить стоимость параболических зеркал. [6]
Основная проблема, которую необходимо решить в любой технологии концентрации солнечной энергии, — это изменение угла падающих лучей (солнечные лучи, падающие на зеркала) по мере продвижения солнца в течение дня. Отражатели CLFR обычно ориентированы с севера на юг и вращаются вокруг одной оси с помощью системы солнечного слежения , управляемой компьютером . [7] Это позволяет системе поддерживать правильный угол падения солнечных лучей на зеркала, тем самым оптимизируя передачу энергии.
Поглотители
[ редактировать ]Поглотитель расположен на фокальной линии зеркал. Он проходит параллельно сегментам отражателя и над ними и переносит излучение в рабочую тепловую жидкость. Базовая конструкция абсорбера системы CLFR представляет собой перевернутую воздушную полость со стеклянной крышкой, в которой заключены изолированные паровые трубки, показанную на рис.2. Было продемонстрировано, что эта конструкция проста и экономична с хорошими оптическими и тепловыми характеристиками. [1]
Для оптимальной работы CLFR необходимо оптимизировать несколько конструктивных факторов поглотителя.
- Во-первых, необходимо максимизировать теплообмен между поглотителем и теплоносителем. [1] Это зависит от избирательности поверхности паровых трубок. Селективная поверхность оптимизирует соотношение поглощаемой энергии и излучаемой энергии. Приемлемые поверхности обычно поглощают 96% падающего излучения, излучая только 7% инфракрасного излучения. [8] Черный хром, осажденный электрохимическим способом, обычно используется из-за его хороших характеристик и способности выдерживать высокие температуры. [1]
- Во-вторых, поглотитель должен быть спроектирован так, чтобы распределение температуры по селективной поверхности было равномерным. Неравномерное распределение температуры приводит к ускоренной деградации поверхности. Обычно желательна равномерная температура 300 ° C (573 K; 572 ° F). [1] Равномерное распределение достигается путем изменения параметров поглотителя, таких как толщина изоляции над пластиной, размер отверстия поглотителя, а также форма и глубина воздушной полости.
В отличие от традиционного LFR, CLFR использует несколько поглотителей вблизи своих зеркал. Эти дополнительные поглотители позволяют зеркалам менять наклон, как показано на рис. 3. Такое расположение выгодно по нескольким причинам.
- Во-первых, переменный наклон минимизирует влияние отражателей, блокирующих доступ солнечного света к соседним отражателям, тем самым повышая эффективность системы.
- Во-вторых, несколько поглотителей минимизируют пространство, необходимое для установки. Это, в свою очередь, снижает затраты на приобретение и подготовку земли. [1]
- Наконец, расположение панелей в непосредственной близости уменьшает длину линий поглотителя, что снижает как тепловые потери через линии поглотителя, так и общую стоимость системы.
Приложения
[ редактировать ]Areva Solar (Ausra) построила завод по производству линейных отражателей Френеля в Новом Южном Уэльсе, Австралия. Первоначально испытание мощностью 1 МВт в 2005 году было расширено до 5 МВт в 2006 году. Эта отражательная установка дополнила угольную электростанцию Лидделл мощностью 2000 МВт. [9] Энергия, вырабатываемая солнечной тепловой паровой системой, используется для обеспечения электроэнергией работы электростанции, компенсируя внутреннее энергопотребление электростанции. В 2009 году компания AREVA Solar построила солнечную теплоэлектростанцию Kimberlina мощностью 5 МВт в Бейкерсфилде, штат Калифорния. [10] Это первая коммерческая установка по производству линейных отражателей Френеля в США. Солнечные коллекторы были произведены на заводе Ausra в Лас-Вегасе. В апреле 2008 года AREVA открыла крупный завод в Лас-Вегасе, штат Невада, по производству линейных отражателей Френеля. [11] Планировалось, что завод сможет производить достаточно солнечных коллекторов, чтобы обеспечить 200 МВт электроэнергии в месяц. [10]
В марте 2009 года немецкая компания Novatec Biosol построила солнечную электростанцию Френеля, известную как PE 1. Солнечная тепловая электростанция использует стандартную линейную оптическую схему Френеля (не CLFR) и имеет электрическую мощность 1,4 МВт. PE 1 включает в себя солнечный котел с зеркальной поверхностью около 18 000 м². 2 (1,8 га; 4,4 акра). [12] Пар генерируется путем концентрации солнечного света непосредственно на линейном приемнике, который находится на высоте 7,40 метра (24,28 фута) над землей. [12] Поглотительная трубка расположена в фокальной линии зеркального поля, где вода нагревается до насыщенного пара с температурой 270 ° C (543 K; 518 ° F). Этот пар, в свою очередь, питает генератор. [12] Коммерческий успех PE 1 побудил Novatec Solar спроектировать солнечную электростанцию мощностью 30 МВт, известную как PE 2. PE 2 находится в коммерческой эксплуатации с 2012 года. [13]
С 2013 года Novatec Solar разработала систему расплавленной соли в сотрудничестве с BASF . [14] Он использует расплавленные соли в качестве теплоносителя в коллекторе, который напрямую передается в хранилище тепловой энергии. Температура соли до 550 ° C (823 K; 1022 ° F) облегчает работу обычной паровой турбины для выработки электроэнергии , повышения нефтеотдачи или опреснения . Для проверки технологии на PE 1 была построена демонстрационная установка по производству расплавленной соли. С 2015 года компания FRENELL GmbH, выкупленная менеджментом компании Novatec Solar, взяла на себя коммерческое развитие технологии прямого расплавления соли.
Solar Fire, , занимающаяся соответствующей технологией индийская неправительственная организация , разработала с открытым исходным кодом конструкцию небольшого концентратора Френеля с ручным управлением и пиковой мощностью 12 кВт, который генерирует температуру до 750 °C (1020 K; 1380 °F) и может использоваться для различных целей. тепловые приложения, включая производство электроэнергии на пару. [15] [16]
Крупнейшей системой CSP, использующей технологию компактного линейного отражателя Френеля, является установка CSP Reliance Areva мощностью 125 МВт в Индии. [17]
В Китае с 2016 года строится проект Френеля коммерческого масштаба мощностью 50 МВт, в котором в качестве теплоносителя используется расплавленная соль. После подключения к сети в 2019 году он, похоже, успешно работает с 2021 года. [18]
См. также
[ редактировать ]
- Концентрация солнечной энергии
- Солнечная энергия
- Солнечная энергия в Италии
- Солнечная тепловая энергия
- Список солнечных тепловых электростанций
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г Дей, CJ (2004). «Аспект теплопередачи в приподнятом линейном поглотителе». Солнечная энергия . 76 (1–3): 243–249. Бибкод : 2004SoEn...76..243D . doi : 10.1016/j.solener.2003.08.030 .
- ^ Jump up to: а б с Миллс, Д.Р. (2004). «Достижения в области технологий солнечной тепловой электроэнергии». Солнечная энергия . 76 (1–3): 19–31. Бибкод : 2004SoEn...76...19M . дои : 10.1016/S0038-092X(03)00102-6 .
- ^ Филипп Шрамек и Дэвид Р. Миллс, Солнечная батарея с несколькими башнями , Solar Energy 75, стр. 249-260, 2003 г.
- ^ Чавес, Хулио (2015). Введение в неотображающую оптику, второе издание . ЦРК Пресс . ISBN 978-1482206739 .
- ^ Хулио Чавес и Мануэль Колларес-Перейра, Двухступенчатые концентраторы, согласованные по Этендю, с несколькими приемниками , Solar Energy 84, стр. 196-207, 2010 г.
- ^ Министерство энергетики США (2009 г.). «Программа технологий солнечной энергии: концентрация солнечной энергии» (PDF) .
- ^ Миллс, ДР; Моррисон, Грэм Л. (2000). «Компактные солнечные тепловые электростанции с линейным отражателем Френеля». Солнечная энергия . 68 (3): 263–283. Бибкод : 2000SoEn...68..263M . дои : 10.1016/S0038-092X(99)00068-7 .
- ^ «SolMax, солнечная селективная поверхностная фольга» (PDF) .
- ^ Джаханшахи, М. (август 2008 г.). «Теплоэлектростанция Лидделл – экологизация угольной энергетики». Экогенерация .
- ^ Jump up to: а б «Аушра Технолоджи» .
- ^ Шлезингер, В. (июль 2008 г.). «Солнечная тепловая энергия стала еще жарче». Журнал «Много» .
- ^ Jump up to: а б с «Первое место в мире в области технологий солнечных электростанций» .
- ^ "Дом" . www.puertoerrado2.com . 27 октября 2011 года. Архивировано из оригинала 6 апреля 2016 года . Проверено 19 апреля 2016 г.
- ^ «Novatec Solar и BASF вводят в эксплуатацию демонстрационную солнечную тепловую установку с инновационной технологией жидкой соли» .
- ^ Пармар, Виджайсинх (5 февраля 2011 г.). « Солнечный огонь» утолит энергетическую жажду на низовом уровне» . Таймс оф Индия . Архивировано из оригинала 5 ноября 2012 года . Проверено 15 мая 2011 г.
- ^ «Солнечный огонь P32 — Проект солнечного огня» . Solarfire.org . 2011. Архивировано из оригинала 30 апреля 2011 года . Проверено 15 мая 2011 г.
- ^ Пурохит, И. Пурохит, П. 2017. Технический и экономический потенциал концентрации производства солнечной тепловой энергии в Индии. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, 78, стр. 648–667, дои : 10.1016/j.rser.2017.04.059 .
- ^ CSTA, 2021 г., установка CSP Френеля мощностью 50 МВт достигла максимальной выработки за один день, Пекин, Китайская ассоциация солнечной тепловой энергии, http://en.cnste.org/html/csp/2021/0603/1087.html