太陽光発電所。スキーム、説明

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太陽光発電所。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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XNUMX 週間で地球の表面に到達する太陽エネルギーの総量は、世界の石油、ガス、石炭、ウランのすべての埋蔵量のエネルギーを超えています。太陽熱はさまざまな方法で蓄えることができます。最新の技術には、放物線集光器、太陽光放物面鏡、太陽光発電塔などがあります。それらは化石燃料燃焼プラントと組み合わせることができ、場合によっては蓄熱に適応します。このようなハイブリッド化と蓄熱の主な利点は、このような技術が発電のスケジューリングを提供できることです（つまり、発電が必要なときに実行できるということです）。ハイブリッド化と蓄熱は、生産される電力の経済的価値を高め、平均コストを削減することができます。

太陽光放物線集光器

太陽光発電所

これらの設備では、熱伝達流体を含む受光管に太陽光を集中させる放物面鏡 (トレイ) が使用されます。この液体はほぼ 400°C まで加熱され、一連の熱交換器を通ってポンプで送られます。これにより過熱蒸気が生成され、従来のタービン発電機を駆動して電気を生成します。熱損失を減らすために、受入管は円筒の焦線に沿って配置された透明なガラス管で囲まれる場合があります。原則として、そのような設備には一軸または二軸の太陽追尾システムが含まれます。まれに、静止している場合もあります。

80 年代にルズインターナショナルによって南カリフォルニアの砂漠に建設され、これらのシステムのうち 1984 つが現在世界最大の太陽熱発電所を構成しています。これらの発電所は、南カリフォルニアの公共送電網に電力を供給します。 13,8 年に遡ると、Luz International は南カリフォルニアのデゲットに 343 MW の太陽光発電システム I (または SEGS I) を設置しました。受入管内で油は 6°C の温度に加熱され、蒸気が発生して発電されました。「SEGS I」設計により30時間の蓄熱を実現。天然ガスオーブンが使用され、太陽放射がない場合に使用されました。同じ会社は、容量1990MWの同様の発電所「SEGS II - VII」を建設した。 80 年に、それぞれ XNUMX MW の容量を持つ「SEGS VIII および IX」がハーパー湖に建設されました。

太陽光発電所

技術の見積もりによると、主に太陽放射の集中度が低く、したがって温度が低く、したがって効率が低いため、タワー型およびディッシュ型の太陽光発電所 (以下を参照) よりも高価です。しかし、運用経験が増え、技術が向上し、運用コストが削減されたパラボラ集光器は、近い将来、最も安価で信頼性の高い技術になる可能性があります。

ソーラープレートタイプ

太陽光発電所

このタイプのソーラープラントは、パラボリックディッシュミラー (パラボラディッシュに似た形状) を積み重ねたもので、各ディッシュの焦点にあるレシーバーに太陽エネルギーを集中させます。レシーバー内の液体は 1000 度まで加熱され、レシーバーに接続された小型エンジンと発電機で発電するために直接使用されます。

スターリングエンジンとブレイトンエンジンは現在開発中です。米国では、7 kW から 25 kW の範囲のいくつかのパイロットシステムが稼働しています。高い光学効率と低い初期コストにより、ミラー/モーターシステムはすべてのソーラー技術の中で最も効率的です。スターリングエンジンとパラボリックミラーシステムは、太陽エネルギーを電気に最も効率的に変換する世界記録を保持しています。 1984 年、カリフォルニアのランチョミラージュは実用効率 29% を達成しました。

太陽光発電所

さらに、モジュラー設計のおかげで、これらのシステムは、ユーティリティグリッドに接続されたスタンドアロンの消費者（キロワット範囲）とハイブリッド（メガワット範囲）の両方の電力ニーズを満たすための最良のオプションを表しています。

このテクノロジーは、多くのプロジェクトで成功裏に実装されています。その1982つが、米国ジョージア州のSTEP（Solar Total Energy Project）プロジェクトです。これは、1989年から114年に機能した放物面鏡の大規模なシステムです。シェナンドアで。それはそれぞれ直径7メートルのXNUMX枚の鏡で構成されていました。このシステムは、同じ編み物工場で、発電用の高圧蒸気、編み物産業用の中圧蒸気、および空調システム用の低圧蒸気を生成しました。

他の企業も、放物面鏡とスターリングエンジンの共有に興味を持ち始めました。たとえば、スターリングテクノロジー、スターリングサーマルモーターズ、デトロイトディーゼルは、サイエンスアプリケーションズインターナショナルコーポレーションと協力して、スターリングエンジンをベースとした 36 キロワットのシステムを開発するために 25 万ドルの合弁会社を設立しました。

中央受信機を備えた太陽光発電タワー

太陽光発電所

これらのシステムは、ヘリオスタット反射体の回転フィールドを使用します。タワーの頂上に建てられた中央受光器に太陽光を集中させ、熱エネルギーを吸収してタービン発電機を駆動します。コンピュータ制御の二軸追跡システムは、反射した太陽光線が静止し、常に受信機に当たるようにヘリオスタットを配置します。レシーバー内を循環する液体は、蒸気の形で蓄熱器に熱を伝えます。蒸気はタービンを駆動して発電するか、工業プロセスで直接使用されます。レシーバー温度の範囲は 538 ～ 1482°C です。

南カリフォルニアのバーストー近くにある「ソーラーワン」と呼ばれる最初のタワープラントは、この技術の発電への応用を実証することに成功した。同社は 1980 年代半ばに運営されました。容量 10 MW の水蒸気システムを使用しました。 1992 年、米国のエネルギー企業のコンソーシアムは、溶融塩レシーバーと蓄熱システムを実証するために Solar One をアップグレードすることを決定しました。タワー発電所は蓄熱のおかげで、最大 65% の負荷率で電力を供給できる独自の太陽光発電技術となっています。このようなシステムでは、溶融塩は 288°C の「低温」タンクからポンプで汲み出され、レシーバーを通過し、そこで 565°C に加熱されてから「高温」タンクに戻されます。必要に応じて熱塩を使用して発電できるようになりました。このような設備の最新モデルでは、熱は 3 ～ 13 時間保存されます。

太陽光発電所

カリフォルニアにある 10 MW の電力塔である Solar Two は、大規模な産業用発電所の原型です。 1996 年 3 月に初めて電力を供給し、溶融塩技術を実証するための 550 年間の試験、評価、パイロット発電の期間が始まりました。太陽熱は30℃の溶融塩に蓄えられるため、発電所は昼夜を問わず、どんな天候でも発電することができます。「ソーラー・ツー」プロジェクトが成功裡に完了すれば、200～XNUMXMWの容量範囲のこのようなタワーの工業ベースでの建設が促進されるはずである。

仕様比較

タワーとパラボリックシリンダーコンセントレーターは、容量が 30 ～ 200 MW のグリッド接続された大規模な発電所の一部として最適に機能します。一方、ディスク型システムはモジュールで構成されており、スタンドアロンの設備とグループの両方で使用できます。数メガワットの総容量。放物柱状の設置は、最も発達した太陽エネルギー技術であり、近い将来に使用される可能性があります。タワー型発電所は、その効率的な蓄熱能力により、近い将来、太陽光発電所にもなる可能性があります。

「トレイ」はモジュール式であるため、小規模な設備で使用できます。タワーと「皿」は、放物線集光器よりも低コストで、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するためのより高い効率値を達成することを可能にします。しかし、これらの技術が必要な資本コストの削減を達成できるかどうかは不明のままです。放物線集光器は現在、実証済みの技術であり、完成のチャンスを待っています。タワー型発電所は、安価なヘリオスタットを使用した溶融塩技術の効率と運用上の信頼性を実証する必要があります。ポペット型システムの場合、少なくとも XNUMX つの商用エンジンを作成し、安価なコンセントレータを開発する必要があります。

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