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
Solucar PS10 centrala solara oglinda cu turn central

În ingineria energetică, o instalație solară termodinamică, cunoscută și ca o instalație de concentrare a energiei solare sau instalație solară termoelectrică, este un tip de centrale electrice care utilizează radiația solară ca un primar sursă de energie , acumularea de aceasta sub formă de căldură prin intermediul concentrare tehnici. solar , pentru al transforma, printr - o turbină cu abur, obținând o producție de energie electrică .

Acesta își datorează numele faptului că, la faza de captare a energiei solare incidente, deja prezente în comun cu centralele termice solare , se adaugă un ciclu termodinamic ( de obicei , un ciclu Rankine , dar implementările viitoare bazate pe ciclul Brayton sunt de asemenea luate în considerare) pentru transformarea „“ energia termică colectate, în energie electrică , printr - o turbină cu abur plus alternator , așa cum se întâmplă în comun centralele termoelectrice .

Caracteristici

Spre deosebire de comune panouri solare termice pentru producerea apei calde în scopuri domestice (cu temperaturi sub 95 ° C), acest tip de sistem generează temperaturi medii și înalte (600 ° C și mai sus) care permite utilizarea sa în aplicații industriale , cum ar fi generarea de electricitate și / sau sub formă de căldură pentru procesele 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 alternativă și regenerabilă de energie tehnologie în comparație cu cele tradiționale , bazate pe fosili și nucleari combustibili , al căror principiu de funcționare are origini istorice îndepărtate fiind urmărită înapoi la mai mult de 2 milenii în urmă de Arhimede ideea de ardere oglinzi .

Tipuri de instalații și funcționare

Concentrând sistemele solare sunt împărțite în patru tipuri: Colectoare parabolice liniare, liniare Fresnel colectoare reflector, turn de energie solară și reflector parabolic circular.

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 centrul 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 prezent, se poate întoarce căldura la schimbătorul de căldură, care generează abur prin schimb termic; acest lucru este folosit pentru a muta una sau mai multe turbine de în cascadă, conectate la rândul lor la alternatoare (complexul turbină- alternator este , de asemenea , numit turbo-alternator) pentru a produce curent electric .

Lichidul de transfer termic poate fi ulei diatermic (plante prima generatie) sau, în funcție de evoluțiile din ultimii ani, un amestec de săruri care se topesc la temperaturile de funcționare ale instalației și din acest motiv , numite săruri topite (plante 2 -a 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 ridicată atinsă de săruri topite (până la și peste 550 ° C) , în comparație cu uleiul diatermic permite un randament energetic mai bun pe baza raportului de temperatură între rezervor cald și rece rezervorul menționat în ciclul Carnot . Temperatura mai ridicată permite , de asemenea , posibilitatea de cuplare ușoară cu centralele electrice cu ciclu combinat . Termică Centrala electrică cu ciclu combinat Arhimede a Priolo Gargallo 750 MW și este un exemplu al genului.

Cu ajutorul amestecurilor cu săruri topite, 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 ale celor existente, cu până la 15 de ore de funcționare la putere maximă nominală, fără radiații solare.

Odată ce energia Soarelui (sursa) a fost „capturat“, procesul de producție sau conversia în energie electrică , prin urmare , este complet similar cu ceea ce se întâmplă într - o comună centrală termoelectrică , 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 spargerea, o 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 în mod 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 din 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, italianul fizician Carlo Rubbia a estimat că un pătrat oglindă ipotetic de 40.000 km² (200 km pe fiecare parte) ar fi suficient pentru a înlocui toată energia derivată din petrol produs în lumea de astăzi, în timp ce la putere o treime din Italia. O zona a fost suficient pentru a produce puterea de 15 centrale nucleare: vaste, în practică, în ceea ce privește zona delimitată de Grande Raccordo Anulare [1] .

Avantajul imediat comparativ 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 instalație cu o nominală de 40 MW de energie electrică într - o zonă cu DNI (Direct Normal Iradiere) de aproximativ 1800 kWh / mp 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 Uzinei Hidroelectice Glorenza livrează 105 MW și folosind apa provenită de la barajul care a creat lacul artificial Resia , angajând 6.6 km 2 de teren fertil, sau 660 de hectare. [2] Și lucrarea nu a fost oprit chiar și de necesitatea de a inunda un întreg centru locuit, din care astăzi doar iese în afară de clopot turn.

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] . Ca urmare a acestei linii, construirea de mari centrale solare termodinamice în zonele deșertice din Africa de Nord a fost , de asemenea , emis ipoteza, ca urmare a acordurilor internaționale cu Libia și Maroc ( Desertec Project), în cazul în care disponibilitatea spațiului și a condițiilor climatice referitoare la media anuală insolației complet optimă ar crea o situație deosebit de favorabile pentru producția pe scară largă a energiei electrice: se pare că această soluție, combinată cu construcția de „ curent “ și cu pierderi scăzute de distribuție a energiei electrice rețele, se pot întâlni , de asemenea , întreaga cerință 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 solară termodinamică puterea centralei a fost construită pe baza teoriilor lui Giovanni Francia publicate începând din 1965 în revista științifică Sapere. Franța va construi primele prototipuri experimentale în Sant'Ilario di Genova începând din 1967 , publicarea lor în Jurnalul internațional de energie solară. Nouă ani mai târziu, un grup de lucru specific al Comisiei Europene responsabil cu efectuarea unui studiu preliminar, estimat la trei ani pentru construirea și asamblarea unei instalații de funcționare numit Eurelios, care de fapt a început în 1977 și sa încheiat în 1980 în Adrano , în provincia Catania [5] [6] , care a intrat în activitate în 1981 și a rămas în funcțiune până la 1991 , aruncată de ENEL în ciuda potențialului, din cauza randamentului scăzut de producție. Proiectul de pionierat de exploatare a soarelui pentru producerea de energie în Franța și studiile publicate, în continuare considerate valabile în ciuda eșecului siciliană, a constituit baza pentru plante ulterioare din SUA construite în California [5] .

Finalizarea proiectului Solar-1, construit în deșertul Mojave , la est de Barstow în California, datează din 1981. Solar-1 a fost operațional 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 . Începând cu 1985 , așa-numitele SEGS a fost de operare în California ; este format din 9 plante cu o capacitate totală de 350 MW .

În 2007 , Nevada Solar One a intrat în serviciu, cu o putere de 64 MW și. Din 2010, BrightSource Energy a început construcția electrice Centrala termica Ivanpah Solar (ISEGS), cea mai mare centrala solara din lume , cu câmp turn și oglindă, bazat pe planta Eurelios și pe principiile Franței, printr - o îmbunătățire efectuată în câmpul experimental 2008 în deșertul Negev din Israel , cu o putere de 392.00 MW. Punerea în funcțiune , planificată inițial pentru 2013, a fost amânată până în 2014 , cu numele de Ivanpah Solar Power Facility e. Compania cunoscut-bine Google [5] , de asemenea , apare în grupul de creditori.

În 2013 a intrat în serviciul Solana Centrala termica, cu o putere de 280 MW, și 6 ore de stocare termică. În 2014, facilitatea e Ivanpah Solar Power și Proiectul Energie Genesis solară cu o putere de 250 MW e. Întotdeauna în 2014, este în alegerea proiectului Crescent Dunes Energia solară pentru 110 MW, și așteaptă finalizarea liniei electrice de transmisie Mojave proiect solar de 280 MW și. În ceea ce privește integrate centrale solare, în 2010, la câteva luni după proiectul Archimede, Martin Next Generation Solar Energy Center a intrat în serviciu, pentru o putere termică teoretică de 75 MW th.

Peste 30 de plante de acest tip au fost construite în Spania , între 2006 și 2011: cu stocare, cum ar fi Andasol 1 , și fără stocare a căldurii, cele mai multe cu o capacitate de 50 MW, din cauza limitei legislative de stimulare de până la de 50 MW e. În prezent, puterea solară termodinamică conectată la rețeaua de energie electrică spaniol a ajuns la 2300 MW și de putere și în luna iunie 2014 numai aceasta a generat 715 GW · h de electricitate.

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

În India , Godawari Proiectul Solar a intrat în serviciu 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 Yazd integrate statie solara cu ciclu combinat 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 au fost dispuși să finanțeze energie solară concentrată termodinamic. [7] [8] [9]

În decembrie 2007, guvernul Prodi a aprobat un plan de a construi zece industriale 50 MW centrale electrice din sudul Italiei. [10]

În martie 2008, guvernul a primit avizul favorabil al -regiunilor de stat Conferința de a lansa acest lucru , de asemenea , 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) a fost utilizat ca fluid de transfer de căldură ) care permite o acumulare 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 propuneri: n.155, [14] hotărât critică, prezentat de parlamentarii Poporului Libertății și un al doilea, n.161 [15] în favoarea tehnologiei solare termodinamice, prezentat de parlamentarii Liga Nordului de 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 ar trebui 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 compresibile, 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 la conținutul moțiunii, declarând „ cred că este ciudat că acest lucru se întâmplă, pentru că suntem lideri mondiali pe energie solară termodinamică“. [16]

Această afirmație este dovedită la 15 iulie 2010, când primul ciclu combinat solar integrat (ISCC) din lume cu 15 MW th de energie termică solară 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 termogaz 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 - Hidroelectrice Plant (PDF), broșură, Seledison ÎM SEL SpA - Edison SpA, p. 12. Adus de 24 august 2014 (arhivate de original pe 26 august 2014).
  3. ^ Biocombustibilii versus alimente: în Italia , care nu sunt în concurență , pe corriere.it, 14 octombrie 2011. Adus de 24 august 2014.
  4. ^ Acord semnat pentru o centrală electrică din Priolo , pe repubblica.it, La Repubblica.
  5. ^ A b c A fost Eurelios o greșeală? de Cesare Silvi
  6. ^ A doua viață a lui pionieri Adrano Enel gp este acum convertirea la fotovoltaică: acesta va fi de ajuns pentru 5.000 de familii pe Corriere della Sera.
  7. ^ Economie, nr. 16, 16 aprilie 2008, p. 19
  8. ^ Foresta Martin Franco, ENEA, consiliul de directori frunze «Înlocuiți Rubbia» , în Il Corriere della Sera, 27 iunie 2005. Accesat la data de 24 august 2014 (arhivate de la URL - ul original la 26 august 2014).
  9. ^ Carlo Rubbia, Cercetarea umiliți la Enea , în La Repubblica, 15 iulie 2005. Adus de 24 august 2014.
  10. ^ Termodinamic acord centrala solara semnat la Lazio, Puglia și Calabria , pe repubblica.it, La Repubblica.
  11. ^ Înțelegerea privind proiectul de decret al ministrului Dezvoltării Economice pentru punerea în aplicare a articolului 7, alineatul 1 din Decretul 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, de stat , Regiuni de conferințe, 26 martie 2008 (arhivate de original pe 04 martie 2016).
  12. ^ A se vedea interviul acordat Repubblica la 26 martie 2007 .
  13. ^ Pentru proiectul Arhimede vezi on - line: http://www.enea.it/com/solar/index.html arhivării 15 septembrie 2008 în Internet Archive ..
  14. ^ Stenogramei 246th sesiune publică Adunarea de marți 28 iulie 2009 (PDF) [ Link rupt ], XVI Legislatura, Senatul Republicii, iulie 2009, pag. textul moțiunii 1-00155 din 14 iulie 2009 la pag. 136.
  15. ^ Stenogramei 246th sesiune publică Adunarea de marți 28 iulie 2009 (PDF) [ Link rupt ], XVI Legislatura, Senatul Republicii, iulie 2009, pag. textul moțiunii 1-00161 din 14 iulie 2009 la pag. 138.
  16. ^ Declarația președintelui ENEA ANSA la 28 iulie 2009

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

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