Sistem solar termodinamic

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Solar termodinamic: oglinzile parabolice sunt dispuse în rânduri pentru a maximiza acumularea de energie solară în cel mai mic spațiu posibil.
Schema de funcționare a unui reflector parabolic
Centrală solară oglindă Solucar PS10 cu turn central

În ingineria energetică, o centrală solară termodinamică , cunoscută și sub numele de centrală solară concentratoare , sau centrală termoelectrică solară , este un tip de centrală care folosește radiația solară ca sursă primară de energie , acumulând-o sub formă de căldură prin intermediul tehnici de concentrare . solare , pentru ao converti, printr-o turbină cu abur, obținând o producție de energie electrică .

Își datorează numele faptului că, fazei de captare a energiei solare incidente, deja prezentă în centralele solare termice comune, adaugă un ciclu termodinamic (de obicei un ciclu Rankine , dar sunt luate în considerare și implementările viitoare bazate pe ciclul Brayton ) pentru transformarea energiei termice colectate, în energie electrică , cu ajutorul unei turbine cu abur plus alternator , așa cum se întâmplă în centralele termoelectrice comune.

Caracteristici

Spre deosebire de panourile solare termice obișnuite pentru generarea de apă caldă în scopuri menajere (cu temperaturi sub 95 ° C), acest tip de sistem generează temperaturi medii și ridicate (600 ° C și peste) permițând utilizarea sa în aplicații industriale, cum ar fi generarea de electricitate și / sau ca căldură pentru procese industriale ( cogenerare ).

Marea revoluție față de cealaltă tehnologie solară generatoare de energie electrică ( fotovoltaică ) este, totuși, posibilitatea producerii de energie electrică chiar și în perioadele de absență a sursei primare de energie în timpul nopții sau cu cer acoperit de nori datorită posibilității de acumulare a căldurii în rezervoare speciale, remediind cel puțin parțial limitele fizice de continuitate / intermitență impuse de acest tip de sursă de energie.

Prin urmare, este o tehnologie alternativă și regenerabilă în comparație cu cele tradiționale bazate pe combustibili fosili și nucleari , al căror principiu de funcționare are origini istorice îndepărtate, datând de acum mai bine de 2 milenii de ideea lui Arhimede de a arde oglinzi .

Tipuri de instalații și funcționare

Sistemele solare concentratoare sunt împărțite în patru tipuri: colectoare parabolice liniare, colectoare liniare cu reflector Fresnel , turn de energie solară și reflector circular parabolic.

Sistem colector parabolic liniar

Acest tip de sistem este format din oglinzi parabolice (numite și oglinzi cu jgheab) - care se rotesc pe o singură axă - care reflectă și concentrează lumina directă a soarelui pe un tub receptor plasat în focarul paraboloidului.

În interiorul tubului curge un fluid (numit fluid de transfer de căldură, deoarece este potrivit pentru stocarea și transportul căldurii), care absoarbe energia și o transportă către un schimbător de căldură , pentru producerea de abur și / sau într-un rezervor de acumulare, necesar dacă vrem să compensăm momentele de mică sau deloc insolare (cum ar fi seara).

Acumularea, dacă este prezentă, își poate returna căldura schimbătorului de căldură, care generează abur prin schimb termic; aceasta este utilizată pentru a muta una sau mai multe turbine în cascadă, conectate la rândul lor la alternatoare (complexul turbină-alternator se mai numește turbo-alternator) pentru a produce curent electric .

Fluidul de transfer termic poate fi ulei diatermic (plante de prima generație) sau, conform evoluțiilor din ultimii ani, un amestec de săruri care se topesc la temperaturile de funcționare ale instalației și din acest motiv numite săruri topite (plante de a doua generație). Uleiul diatermic are dezavantajul disocierii la temperaturi peste 400 ° C, ceea ce reprezintă, prin urmare, temperatura limită pentru sistemele cu acest fluid purtător de căldură.

Temperatura mai mare atinsă de sărurile topite (până la și peste 550 ° C) în comparație cu uleiul diatermic permite un randament energetic mai bun pe baza raportului de temperatură dintre rezervorul fierbinte și rezervorul rece menționat în ciclul Carnot . Temperatura mai ridicată permite, de asemenea, posibilitatea de cuplare ușoară cu centrale electrice cu ciclu combinat . Centrala termică Ciclul combinat Arhimede al lui Priolo Gargallo 750 MW și este un exemplu de gen.

Cu ajutorul amestecurilor de sare topită, este posibilă și îmbunătățirea capacității de stocare termică a sistemului, extinzându-și productivitatea chiar și până la multe ore fără expunere la soare. Centrala Gemasolar este un exemplu de implementare care realizează una dintre cele mai mari autonomii dintre cele existente, cu până la 15 ore de funcționare la putere nominală maximă, fără radiații solare.

Odată ce energia Soarelui (sursa) a fost „capturată”, procesul de producție sau conversia în energie electrică este, prin urmare, complet similar cu ceea ce se întâmplă într-o centrală termoelectrică comună, dar fără emisii de fum.

În general, este posibil să se definească o eficiență a captării căldurii de către oglinzi în raport cu energia solară incidentă totală (prima conversie), o eficiență în transportul căldurii în tubul central, o eficiență în acumularea de căldură în acumulator, o eficiență de conversie a căldurii acumulate în energie electrică (a doua conversie) (întotdeauna mai mică decât unitatea din cauza pierderilor inevitabile) și o eficiență totală a totalului în comparație cu sursa primară de energie care se obține ca produs a diferitelor eficiențe anterioare.

Oglinzile concentratoare sunt complet automatizate pentru a putea urmări în mod constant Soarele în mișcarea sa aparentă pe cer (acestea sunt numite heliostatice din acest motiv), maximizând astfel randamentul captării solare pe tot parcursul zilei. În caz de vânt puternic, oglinzile sunt coborâte spre sol pentru a evita ruperea, poziție utilizată și pentru curățarea oglinzilor.

Sistem de oglinzi liniare cu reflector Fresnel

Reflectoarele Fresnel constau din mai multe benzi paralele înguste de oglinzi plate înclinate în mod adecvat să concentreze radiația solară pe tuburi amplasate corespunzător sus, deasupra și paralel cu rândurile de oglinzi plate. În interiorul tuburilor avem un fluid de transfer de căldură care apoi funcționează așa cum este descris în tipul sistemului de oglinzi parabolice liniare. Avantajul acestei abordări este că permite o suprafață reflectantă mai mare pentru aceeași zonă ocupată și, în plus, oglinzile plate sunt mai ieftine decât reflectoarele parabolice liniare. Dezavantajul este o eficiență optică mai mică.

Plantă turn de energie solară

Există, de asemenea, centrale solare cu un sistem de oglinzi reflectorizante independente care urmăresc soarele și își concentrează razele pe un receptor fix plasat în partea de sus a unei structuri de turn plasate de obicei în centrul sistemului. În acest caz vorbim despre un turn central sau un turn central de energie solară. În receptorul din partea de sus a turnului curge fluidul de transfer de căldură care transferă căldura către un generator de abur, care alimentează un turbo-alternator. Cu acest sistem este posibil să se atingă factori de concentrație și, prin urmare, temperaturi, mai mari decât în ​​cazul colectoarelor parabolice liniare.

Sistem reflector circular parabolic

Sistem solar cu reflectoare parabolice circulare în India

În acest tip de reflector, radiația solară este reflectată pe un punct central de tip focalizare. Urmărirea solară are loc cu mișcarea pe două axe. În general, în foc găsim partea fierbinte a unui motor Stirling , dar a fost construit și un prototip care utilizează energia solară pentru a disocia amoniacul prin recuperarea căldurii în faza de recombinare a compușilor într-un generator special de abur, colectând eventual fluxul de compuși chiar din mai mulți reflectori parabolici, care au alimentat apoi un ciclu termodinamic convențional. Cu acest sistem, se ating factorii de concentrație maximă și, prin urmare, temperaturile.

Avantaje și dezavantaje

În 2008, fizicianul italian Carlo Rubbia a estimat că un ipotetic pătrat oglindă de 40.000 km² (200 km pe fiecare parte) ar fi suficient pentru a înlocui toată energia derivată din petrolul produs în lume astăzi, în timp ce pentru a alimenta o treime din Italia. suprafața a fost suficientă pentru a produce puterea a 15 centrale nucleare: vastă, în practică, în ceea ce privește aria circumscrisă de Grande Raccordo Anulare [1] .

Avantajul imediat în comparație cu un sistem fotovoltaic tradițional constă într-o producție de energie mai uniformă în timp datorită exploatării indirecte a energiei solare chiar și noaptea sau în caz de vreme rea până la câteva zile datorită sistemului de acumulare a fluidului. la temperatura ridicată care poate fi atinsă de sărurile topite (aproximativ 550 ° C).

Pentru a face față perioadelor de soare scăzut, în special în perioada de iarnă și pentru sistemele de mare putere, s-a decis combinarea acestui tip de sisteme solare cu sistemele tradiționale de ardere cu care să se mențină temperatura sărurilor topite sau, de exemplu, de exemplu în cazul proiectului Archimede , integrarea centralei solare termodinamice cu o centrală termoelectrică cu ciclu combinat alimentată cu metan. O problemă temută pentru acest tip de sisteme și mai general pentru sistemele energetice care exploatează energia solară sunt suprafețele considerabile libere care trebuie ocupate în raport cu producția de electricitate. De exemplu, o centrală cu o putere electrică nominală de 40 MW într-o zonă cu DNI ( iradiere normală directă ) de aproximativ 1800 kWh / m² pe an (Sicilia), ocupă aproximativ 120 de hectare de suprafață. Dar această caracteristică de a fi o sursă diluată este și mai gravă în cazul hidroelectricității; Pentru a cita un exemplu, construcția centralei hidroelectrice Glorenza livrează 105 MW și utilizează apa provenită din barajul care a creat lacul artificial Resia , angajând 6,6 km 2 de teren fertil sau 660 hectare. [2] Și lucrarea nu a fost oprită nici măcar de nevoia de a inunda un întreg centru locuit, din care astăzi doar clopotnița iese în evidență.

Însă întrebarea despre suprafețe devine inactivă dacă luăm în considerare disponibilitatea largă din Italia, care, de exemplu, susținătorii biocombustibililor, estimează 1-2 milioane de hectare de teren necultivat sau marginal. [3] . Această disponibilitate de spațiu este menținut chiar și în cazul în care construcția de instalații solare este de preferat, de exemplu , în sudul Italiei, care are multe zone utilizabile, după cum reiese din proiectele deja începute [4] . Urmând această linie, construcția de mari centrale solare-termodinamice în zonele deșertice din Africa de Nord a fost, de asemenea, ipotezată, în urma acordurilor internaționale cu Libia și Maroc (Proiect Desertec ), unde disponibilitatea spațiului și condițiile climatice aferente mediei anuale insolarea complet optimă ar crea situații deosebit de favorabile producției pe scară largă de energie electrică: se pare că această soluție, combinată cu construcția rețelelor de distribuție a curentului continuu și a pierderilor reduse, poate satisface, de asemenea, întreaga necesitate energetică europeană. Cu toate acestea, trebuie reținut că electricitatea importată din Libia sau Maroc este încă energie importată, nu mai puțin decât combustibilii fosili, cu consecințele negative ale balanței de plăți externe.

Un alt dezavantaj este că un astfel de sistem de producere a energiei, dacă este foarte centralizat, ar fi ușor supus atacurilor vandale, deoarece, având în vedere suprafața ocupată, nu ar putea fi monitorizat, așa cum se întâmplă cu alte tipuri de sisteme. Cu toate acestea, această obiecție pare a fi destul de instrumentală, având în vedere că furnizarea actuală de energie se bazează pe un sistem de puține centrale mari și, prin urmare, este supusă aceluiași tip de risc de sabotaj. Într-adevăr, o instalație de acest tip, datorită structurii sale, ar fi mult mai rapidă și mai ieftină de reparat decât o centrală obișnuită cu turbină cu gaz.

Cu toate acestea, în ciuda acestor limitări, se crede că aceste sisteme reprezintă în continuare un punct de cotitură sau o îmbunătățire semnificativă în panorama producției de energie din sursa solară, sursa primară de energie de pe Pământ.

Difuzie

In lume

Prima centrală solară termodinamică a fost construită pe baza teoriilor lui Giovanni Francia publicate din 1965 în revista științifică Sapere . Franța își va construi primele prototipuri experimentale în Sant'Ilario di Genova începând cu 1967 , publicându-le în Jurnalul internațional de energie solară . Nouă ani mai târziu, un grup de lucru specific al Comisiei Europene însărcinat cu efectuarea unui studiu preliminar, a estimat trei ani pentru construcția și asamblarea unei fabrici funcționale numită Eurelios , care a început de fapt în 1977 și s-a încheiat în 1980 la Adrano , în provincie. din Catania [5] [6] , care a intrat în activitate în 1981 și a rămas în funcțiune până în 1991 , aruncată de ENEL în ciuda potențialului, datorită randamentului scăzut al producției. Proiectul de pionierat de exploatare a soarelui pentru producerea de energie în Franța și studiile publicate, considerate încă valabile în ciuda eșecului sicilian, au constituit baza ulterioară a plantelor americane construite în California [5] .

Finalizarea proiectului Solar-1 , construit în deșertul Mojave , la est de Barstow, în California, datează din 1981. Solar-1 a funcționat din 1982 până în 1986 . A fost distrus de un incendiu care a dat foc uleiului care curgea ca un fluid de transfer de căldură în interiorul tuburilor absorbante pe care erau concentrate razele solare. A urmat Solar-2 întotdeauna în California . Din 1985 , așa-numitul SEGS funcționează în California ; este format din 9 centrale cu o capacitate totală de 350 MW .

În 2007 Nevada Solar One a intrat în funcțiune, cu o putere de 64 MW și . Din 2010, BrightSource Energy a început construcția Stației de Generare Electrică Ivanpah (ISEGS), cea mai mare centrală solară din lume cu câmp turn și oglindă, bazată pe fabrica Eurelios și pe principiile Franței, printr-o îmbunătățire realizată în câmpul experimental din 2008 în deșertul Negev din Israel , cu o putere de 392,00 MW. Punerea sa în funcțiune, planificată inițial pentru 2013, a fost amânată pentru 2014 cu numele de Ivanpah Solar Power Facility e . Cunoscuta companie Google [5] apare și în grupul de creditori.

În 2013 a intrat în serviciul Stației Generatoare Solana , cu o putere de 280 MW și 6 ore de stocare termică. În 2014, instalația de energie solară Ivanpah e și Proiectul Genesis Solar Energy cu o putere de 250 MW e . Întotdeauna în 2014 este în alegerea proiectului de energie solară Crescent Dunes pentru 110 MW și așteaptă finalizarea liniei de transport electric Mojave Solar Project pentru 280 MW și. În ceea ce privește centralele solare integrate, în 2010, la câteva luni după proiectul Archimede, a intrat în funcțiune Centrul de energie solară Martin Next Generation, pentru o putere termică teoretică de 75 MW mii .

Peste 30 de uzine de acest tip au fost construite în Spania între 2006 și 2011: cu stocare, cum ar fi Andasol 1 , și fără stocare de căldură, majoritatea cu o capacitate de 50 MW, datorită limitei de stimulente legislative până la 50 MW e . În prezent, energia solară termodinamică conectată la rețeaua electrică spaniolă a ajuns la 2300 MW și a puterii și numai în luna iunie 2014 a generat 715 GW · h de energie electrică.

În Emiratele Arabe Unite , în 2013 a intrat în funcțiune stația solară Shams cu o capacitate de 100 MW și.

În India , Godawari Solar Project a intrat în funcțiune în 2013 cu o putere de 50 MW e .

În Algeria , în 2011, Hassi R'Mel integrat de servicii combinate de centrale solare ciclu a intrat, o altă instalație integrată solară , cum ar fi proiectul Archimede, dar care aduce aproximativ 60 MW th la centrala termoelectrică.

În Maroc , în 2011 Ain Beni Mathar termo - solare cu ciclu combinat uzinelor integrate, de asemenea , o instalație solară integrată, serviciu a intrat, cu o contribuție de aproximativ 60 MW th la centrala termoelectrică.

În Egipt , ISCC Kuraymat, o instalație solară integrată în continuare, de serviciu a intrat în 2011, cu o contribuție de aproximativ 40 MW th la centrala termoelectrică.

În Iran , componenta solară a centralei solare integrate cu ciclu combinat Yazd a intrat în funcțiune în 2011.

În Africa de Sud , în 2014, KaXu Solar One este comandat pentru o putere de 100 MW e .

In Italia

În 2005 , Carlo Rubbia , Premiul Nobel pentru fizică , a părăsit președinția ENEA , într-o perioadă de conflict cu cei care nu erau dispuși să finanțeze energia solară termodinamică concentrată. [7] [8] [9]

În decembrie 2007, al doilea guvern Prodi a aprobat un plan industrial pentru construirea a zece centrale de 50 MW în sudul Italiei. [10]

În martie 2008, guvernul a primit avizul favorabil al Conferinței de stat-regiuni pentru a lansa acest lucru și în restul teritoriului național. [11]

În proiectul Archimedes al ENEA , dezvoltat în colaborare cu ENEL și puternic sponsorizat de laureatul Nobel Carlo Rubbia [12] , un amestec de săruri topite (60% azotat de sodiu și 40% azotat de potasiu ) care permite acumularea în rezervoare mari de căldură și o temperatură de funcționare foarte ridicată (până la 550 ° C) crescând eficiența sistemului. [13]

În iulie 2009, Senatul italian a aprobat două moțiuni: n.155, [14] decisiv critic, prezentată de parlamentarii Poporului Libertății și a doua, n.161 [15] în favoarea tehnologiei solare termodinamice, prezentată de parlamentarii din Liga Nordică din Padania . Cele două moțiuni conflictuale au fost aprobate de aceeași majoritate. Mișcarea nr.155. este cu siguranță critic în ceea ce privește energia solară termodinamică, considerată o sursă care nu este complet ecologică, deoarece trebuie combinată cu surse neregenerabile care să garanteze funcționarea sa chiar și în absența soarelui și nu foarte eficientă din diferite puncte de vedere chiar și în comparație cu noua politică de relansare a energiei nucleare. În moțiunea nr.161, aprobată de Senat, parlamentarii amintesc că transpunerea Directivei 2001/77 / CE, cu Decretul legislativ nr.387 / 2003 „... constituie baza legislativă pentru promovarea producției de energie electrică prin contribuția a surselor regenerabile de energie, inclusiv a energiei solare termodinamice ; ". Printre cuvintele aprobate de Senat, citim că solarul termodinamic a „realizat progrese semnificative și inovații care permit acumularea căldurii produse și punerea la dispoziție a acesteia atunci când este necesar”. Această dezvoltare elimină variabilitatea tipică a tehnologiilor solare, prezentată încă de fotovoltaică. Mișcarea nr.161 adaugă faptul că energia solară termodinamică este „o tehnologie care afectează în principal țările cu insolație puternică, precum a noastră ...”, reamintind astfel că și Italia este destinată utilizării sale. În schimb, în ​​mișcarea nr.155 se înțelege că energia termică solară termodinamică are dificultăți în găsirea unor locuri adecvate, că are nevoie de o sursă de apă pentru răcire, care nu trebuie să fie prea departe de conexiunea la rețea, că eficiența energetică este puțin probabilă. să poată depăși 25%, care are nevoie de combustibil pentru a funcționa fără întrerupere și, prin urmare, nu ar fi ecologică, iar utilizarea componentei termodinamice din punct de vedere economic este esențială deoarece costurile nu ar fi comprimabile, fiind o tehnologie matură, că costurile de producție sunt de ordinul a 6 euro pe watt, că costurile sunt încă ridicate, deoarece centralele sunt mici și nu beneficiază de factori de scară, că nu există un sistem industrial în Italia, că costurile trebuie amortizate în 20 de ani trebuie introduși în formulele de cogenerare cu cicluri combinate sau centrale de cărbune, pentru că tipologia este complexă și, prin urmare, nu este la îndemâna întreprinderilor mici ori, că primele centrale (ed: SEGS pentru 350 MW în deșertul Mojave) nu ar fi fost persuasive și, prin urmare, abandonate, că este mai bine să ne concentrăm mai mult pe tehnologia fotovoltaică, consumul de biomasă și energia eoliană. Președintele ENEA, Luigi Paganetto, a reacționat surprins de conținutul moțiunii, declarând „ Cred că este ciudat că se întâmplă acest lucru, deoarece suntem lideri mondiali în domeniul energiei solare termodinamice ”. [16]

Această afirmație este dovedită la 15 iulie 2010, când primul ciclu solar combinat integrat (ISCC) din lume cu 15 MW mii de energie solară termică a fost inaugurat de ENEL în Priolo Gargallo, în provincia Siracuza, costând 60 de milioane de euro ( Proiectul Archimedes) ) numai pentru componenta solară (câmp solar). Scopul principal al acestui proiect este de tip demonstrativ și dorește să sublinieze potențialul mare al energiei solare termodinamice aplicate centralelor electrice cu gaz turbo pentru a le îmbunătăți eficiența.

La 12 decembrie 2012, proiectul pentru o instalație solară cu tehnologie termodinamică pentru uz industrial cu o putere de 50 MWe la Banzi din provincia Potenza a fost prezentat Regiunii Basilicata.

Notă

  1. ^ Interviu cu Carlo Rubbia , pe telefree.it .
  2. ^ Glorenza - Centrală hidroelectrică ( PDF ), broșură, societatea mixtă Seledison SEL SpA - Edison SpA, p. 12. Adus la 24 august 2014 (arhivat din original la 26 august 2014) .
  3. ^ Biocombustibili versus alimente: în Italia nu sunt în competiție , pe corriere.it , 14 octombrie 2011. Adus pe 24 august 2014 .
  4. ^ Acord semnat pentru o centrală electrică în Priolo , pe repubblica.it , La Repubblica.
  5. ^ a b c Eurelios a fost o greșeală? de Cesare Silvi
  6. ^ A doua viață a pionierilor lui Adrano, Enel Gp, o transformă acum în fotovoltaic: va fi suficient pentru 5.000 de familii de pe Corriere della Sera.
  7. ^ Economie , nr. 16, 16 aprilie 2008, p. 19
  8. ^ Foresta Martin Franco, Enea, consiliul de administrație părăsește «Înlocuiți Rubbia» , în Il Corriere della Sera , 27 iunie 2005. Adus la 24 august 2014 (arhivat de la adresa URL originală la 26 august 2014) .
  9. ^ Carlo Rubbia, The humiliated research at Enea , in La Repubblica , 15 iulie 2005. Accesat la 24 august 2014 .
  10. ^ Acordul termodinamic al centralei solare semnat în Lazio, Puglia și Calabria , pe repubblica.it , La repubblica.
  11. ^ Înțelegere cu privire la proiectul de decret al ministrului dezvoltării economice pentru punerea în aplicare a articolului 7, paragraful 1, al decretului legislativ nr. 387/2003, care conține criteriile și metodele de încurajare a producției de energie electrică din surse solare prin intermediul ciclurilor termodinamice. (DEZVOLTARE ECONOMICĂ) Înțeles în temeiul articolului 7 alineatul (1) din decretul legislativ nr. 387. ( PDF ), pe statoregioni.it , Conferința Stat-Regiuni, 26 martie 2008 (arhivat din original la 4 martie 2016) .
  12. ^ Vezi interviul acordat Repubblica pe 26 martie 2007 .
  13. ^ Pentru proiectul Archimedes vezi online: http://www.enea.it/com/solar/index.html Arhivat 15 septembrie 2008 în Internet Archive ..
  14. ^ Raport de abreviere A 246-a sesiune publică Adunarea de marți, 28 iulie 2009 ( PDF ) [ link broken ] , Legislatura XVI, Senatul Republicii, iulie 2009, pp. textul moțiunii 1-00155 din 14 iulie 2009 la pag. 136.
  15. ^ Raport de abreviere A 246-a sesiune publică Adunarea de marți, 28 iulie 2009 ( PDF ) [ link broken ] , Legislatura XVI, Senatul Republicii, iulie 2009, pp. textul moțiunii 1-00161 din 14 iulie 2009 la pag. 138.
  16. ^ Declarație a președintelui ENEA către ANSA la 28 iulie 2009

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității LCCN (EN) sh89002372 · GND (DE) 7679053-8
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Sistem_solar_termodinamic&oldid=121928938 ”