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無線電子工学および電気工学の百科事典 太陽熱発電所。 太陽光集光器。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
このような発電所は、レンズや反射板を使用して太陽エネルギーを集中させます。 この熱は蓄えることができるので、このような発電所は昼夜を問わず、どんな天候でも必要に応じて発電することができます。 点焦点または線焦点を備えた大きな鏡は、タービンを回転させるのに十分なエネルギーを放出しながら、水が蒸気に変わる程度まで太陽光線を集中させます。 株式会社ルズ彼らはカリフォルニアの砂漠にそのような鏡の巨大なフィールドを設置しました。 354 MW の電力を生産します。 これらのシステムは、約 15% の効率で太陽エネルギーを電気に変換できます。 太陽池を除いて、説明されているすべての技術は、高温を達成するために集光器を使用しており、太陽の光をより大きな表面からより小さな受光面に反射します。 通常、このようなシステムは、濃縮装置、受信装置、冷却剤、貯蔵システム、およびエネルギー伝送システムで構成されます。
太陽熱はさまざまな方法で蓄えられます。 最新の技術には、放物線集光器、太陽放物線鏡、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、場合によっては熱貯蔵に適合させることができます。 このようなハイブリッド化と蓄熱の主な利点は、このような技術により発電のスケジュールを設定できることです (つまり、発電が必要なときに実行できることです)。 ハイブリッド化と蓄熱により、生産される電力の経済的価値が高まり、平均コストが削減されます。 放物線（トレイ）システム 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。
この技術の見積もりによると、主に日射量が低く、したがって温度も低くなり、効率も低下するため、タワー型や皿型太陽光発電所よりも高価であることが示されています。 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ると、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となる可能性があります。 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XNUMX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30MWの同様の発電所「SEGS II - VII」を建設した。 1990 年に、それぞれ 80 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。 数多くの立法上および政治的困難により、ルズ インターナショナルとその関連会社は 25 年 1991 月 240 日に破産を申請しました。 現在、「SEGS I - IX」ステーションは「Southern California Edison」との古い契約に基づいて他の会社によって運営されています。 「SEGS X、XI、XII」の建設計画は放棄されなければならず、これは計画されていたさらに XNUMX MW の容量が失われることを意味しました。
ソーラープレートタイプ このタイプの太陽光発電所は、放物線状のパラボラ パラボラ ミラー (パラボラ パラボラ パラボラに似た形状) を積み重ねたもので、各パラボラ パラボラの焦点にある受光器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°C 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。
さらに、モジュール設計のおかげで、このようなシステムは、電力網に接続されたスタンドアロン消費者（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最適なオプションとなります。 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 つは、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 年まで稼働した大規模な放物面鏡システムです。 シェナンドーで。 直径 7 メートルの 1989 枚の鏡で構成されていました。 このシステムは、発電用の高圧蒸気、編み物産業用の中圧蒸気、空調システム用の低圧蒸気を同じ編み物工場内で生成しました。 XNUMX 年 XNUMX 月、電力会社は主タービンの損傷と発電所を修復するための資金不足のため、発電所を閉鎖しました。 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。
サンディア国立研究所とカミンズ発電所との合弁事業は現在、7,5kW システムの商業化を試みている。 カミンズは、10 年までに年間 000 台の販売を目指しています。他の企業も、放物面鏡とスターリング エンジンを併用することに興味を持っています。 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 2004 キロワットのシステムを開発するために 36 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 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。 レシーバーの温度は 538 ～ 1482 °C に達します。
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 MWe 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、溶融塩は温度 288°C の「低温」タンクからポンプで汲み上げられ、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。
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だ。 仕様比較 この表は、太陽熱発電の 30 つのオプションの主な特徴をまとめたものです。 タワーおよび放物線円筒型集光装置は、容量 200 ～ XNUMX MW の系統接続された大規模な発電所の一部として最適に動作します。一方、ディスク型システムはモジュールで構成され、スタンドアロンの設置でも、複数のグループでの設置でも使用できます。総容量は数メガワット。 パラボラトラフはこれまでで最も先進的な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。 タワー型発電所は蓄熱能力が高いため、近い将来には太陽光発電所になる可能性もあります。 「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。 太陽熱発電所の特徴
（p）=予測; （d）=事実 主な太陽熱技術の比較
火力発電所の経済性と設計上の問題 太陽光発電所で生成される電気のコストは、多くの要因によって決まります。 その中には、資本コスト、運用コストと保守コスト、システムのパフォーマンスなどが含まれます。 ただし、技術のコストと発電された電力の最終コストは、この技術に直接関係しない外部要因の大きな影響を受けることに注意することが重要です。 たとえば、パラボラ集光器や小型の独立型タワーは非常に高価になる可能性があります。 コストを削減し、現代の化石燃料発電所と競争力を持たせるためには、徐々に発電量を増やし、複数のエネルギー施設を同じ敷地内に設置する太陽エネルギーセンターを建設する必要があります。 さらに、これらの技術は従来の燃料に取って代わるため、税金規制がその競争力に大きな影響を与える可能性があります。 コスト対価値 蓄熱とハイブリッド化により、火力発電所は持続可能で柔軟な電力源となることができます。 信頼性が高く、必要なときに電力を生成できます。 その結果、制御された電力は、新しい発電所を建設して運営する必要性を補うことができるため、電力会社にとって非常に価値があります。 これは、太陽熱発電所は従来の太陽熱発電所よりもコストがかかるかもしれないが、その価値はさらに高くなる可能性があることを意味します。 太陽光発電所のメリット 太陽光発電所は、化石燃料を燃やす従来の発電所に比べて、1,7倍の熟練した高収入の仕事を生み出します。 カリフォルニア州エネルギー委員会は、既存の税額控除があっても、太陽熱発電所は同等の容量の複合サイクル発電所に比べて約 XNUMX 倍多くの連邦税および地方税を支払わなければならないことを示す調査を実施しました。 これらの発電所に同じ税金が支払われた場合、発電される電気のコストはほぼ同じになります。 潜在的な 地球上の砂漠のわずか 1% がクリーンな太陽熱発電の生産に使用された場合、世界中で化石燃料を燃やして今日生成される電力よりも多くの電力が受け取られることになります。 所見 太陽光の集中に基づいて太陽熱発電を行う技術は、さまざまな開発段階にあります。 パラボラ型集光器は、今日すでに産業規模で使用されており、モハーベ砂漠 (カリフォルニア州) では、設置容量が 354 MW です。 太陽光発電タワーは実証プロジェクトの段階にあります。 容量10MWの「Solar Two」と呼ばれるパイロットプロジェクトがバーストー（米国）でテストされている。 ディスク型システムは実証プロジェクトの段階を経ています。 いくつかのプロジェクトが設計開発中です。 25 キロワットの試作ステーションがゴールデン (米国) で運用されています。 太陽熱発電所には、拡大する世界的な再生可能エネルギー市場において非常に魅力的な技術となる多くの特徴があります。 ソ連統治下のウクライナでは、80年代にクリミア自治共和国レニンスキー地区シチェルキノ市近くに出力5MWの実験用太陽光発電所が建設された。 ペレストロイカの際、太陽光発電所に対する国家からの財政支援がなくなり、太陽光発電所は自らの運営費を回収できなくなった。 太陽光発電所は停止され略奪された。 2005年、ウクライナ燃料エネルギー省の決定に従って、太陽光発電所は最終的に解体された。 太陽光発電所は、過去数十年にわたって大きな進歩を遂げてきました。 継続的な開発作業により、これらのシステムは化石燃料との競争力が高まり、信頼性が向上し、増え続ける電力需要に直面する本格的な代替手段が提供されるはずです。
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