سيستم هاي خورشيدي حرارتي الكتريكيدر
فصل چهارم: سيستم هاي خورشيدي حرارتي الكتريكيدر نيروگاه هایی كه با سيستم هاي خورشيدي از نوع حرارتي الكتريكي كار مي كنند برخلاف سيستم هاي فتوولتائيك ( كه انرژي تشعشعات خورشيد را توسط آرایه های هاي خورشيدي به صورت مستقیم به انرژي الكتريكي تبديل مي كردند) در اين نيروگاه ها وجود يك سيال جهت انتقال انرژي جذب شده حرارتي به سيستم هاي توليد بخار براي گردش ژنراتور ضروري است و اين سيال مي تواند آب ،هوا ، روغن ، و يا بخار آب و فلزات مايع و انواع گازها باشد.
نيروگاه هاي خورشيدي حرارتي الكتريكي با توجه به سيكل انتقال انرژي حرارتي خورشيد و نحوه توليد برق در آن ها و نوع و ساختار كلكتورهاي جذب کننده يا انعكاس دهنده انرژي خورشيد در آن ها به چند دسته تقسيم مي شوند كه عبارتست از:
1- نيروگاه خورشيدي هليواستاتي
2- نيروگاه خورشيدي از نوع كلكتور سهموي خطي
3- نيروگاه خورشيدي با سيستم برج هاي نيرو و هواي گرم
4- نيروگاه خورشيدي با سيستم برج ها ي نيرو و هواي سرد
5- نيروگاه استخر خورشيدي
6- نيروگاه خورشيدي با كلكتورهاي بشقابی
نيروگاه هاي خورشيدي حرارتي الكتريكي به دليل تغيير سطح انرژي جذب شده از خورشيد در طول روز ، ماه و سال قادر به توليد پيوسته با نرخ ثابت انرژي الكتريكي نمي باشند كه براي رفع اين محدوديت دو راهكار را مي توان استفاده كرد كه عبارتست از استفاده از يك سيستم سوخت پشتيبان و يا استفاده از يك سيستم ذخيره انرژي گرمايي كه استفاده از سيستم سوخت پشتيبان فقط در نيروگاه هاي نوع هليواستاتي و كلكتور سهموي خطي امكان پذير است و سيستم هاي ذخيره انرژي در نيروگاه استخر خورشيدي تا 24 ساعت و در نيروگاه هاي با كلكتور سهموي خطي يا هليواستاتي تا 12 ساعت و در نيروگاه با برج هاي با هواي گرم و سرد تا حدود يك ساعت مي تواند انرژي حرارتي را ذخيره كند ، در قسمت بعد نحوه كار و اجزاي هر يك از انواع نيروگاه هاي ذكر شده ، شرح داده شده است.
4-1 : نيروگاه خورشيدي هليواستاتي ( سيستم دريافت كننده مركزي )
ايده اصلي توليد الكتريسيته با نيروگاه خورشيدي هليو استاتي براي اولين بار توسط دانشمندان روسي در اوايل دهه 1950 مطرح گرديد و اولين نيروگاه دريافت كننده مركزي در سال 1982 با ظرفيت MW 10 در آمريكا به بهره برداري رسيد.
درنيروگاه هاي دريافت كننده مركزي پرتوهاي انرژي تشعشعات خورشيد توسط مزرعه اي متشكل از تعداد زيادي آينه هاي منعكس كننده مسطح كه قابليت تعقيب مسير خورشيد در طول روز را دارند ، بر روي يك دريافت كننده مركزي كه در بالاي يك برج قرار دارد منعكس و متمركز مي شود و انرژي خورشيدي را به انرژي حرارتی تبديل مي كند و حرارت ايجاد شده به سيالي كه درآن جريان دارد منتقل مي شود و سيال عامل پس از جذب حرارت ناشي از پرتوهايي كه در روي دريافت كننده متمركز شده است ، وارد سيستم توليد نيروگاه مي شود و سيال پس از دريافت گرما يا خود تبديل به بخار مي گردد و يا با انتقال حرارت خود در يك مبدل حرارتي به يك سيال ديگر ،آن سيال را بخار مي كند و براي توليد انرژي الكتريكي از آن بخار استفاده مي شود و بخار اضافي توليد شده مي تواند وارد سيستم ذخيره انرژي شود و سيستم ذخيره در هنگام افت توان در نيروگاه و یا پيش گرم كردن نيروگاه در ابتداي روز استفاده می شود.
سيستم دريافت كننده مركزي بالاي برج در نيروگاه هليواستاتي همان نقش بويلر در نيروگاه هاي متداول حرارتي را ايفا مي كند و در بالاي برج دريافت كننده اين نيروگاه مي تواند به درجه حرارتي تا حدود 1300 درجه سانتي گراد رسيد. ضريب تمركز كه برابر نسبت سطح منعكس كننده ها (هليواستات ها) به سطح دريافت كننده مركزي مي باشد يكي از پارامترهاي اصلي در اين نيروگاه هااست و در محدوده بين 100 تا 10000 مي باشد.
براي جبران اثر تغييرات انرژي خورشيدي و توليد مستمر ، بدون وقفه و با نرخ ثابت توان توليدي ، در اين نيروگاه ها مي توان از يك سيستم پشتيبان با سوخت هاي فسيلي به عنوان سوخت كمكي استفاده كرد كه اين سيستم به نام نيروگاه دو گانه فسيلي خورشيدي يا هيبريد شناخته مي شود.
بزرگ ترين نيروگاه هليواستاتي احداث شده در دنيا نيروگاه Solar 1 واقع در ايالت كاليفرنياي آمريكا است كه از 1818 عدد هليواستات كه سطح معادل هريك m240 و بازدهي آن 13 درصد مي باشد ، تشكيل شده است.نمايي از نيروگاه Solar 1 كه در سال 1982 به بهره برداري رسيده و مزرعه هليواستات آن از نوع احاطه ای است در قسمت پايين مشاهده مي شود.
4-1-1 : مزايا و معايب نيروگاه هاي دريافت كننده مركزي
همان طور كه گفته شده سيستم نيروگاه هاي هليواستاتي مي تواند با سوخت هاي فسيلي به عنوان سوخت پشتيبان ، تركيب شود تا در صورت كاهش ميزان تشعشات خورشيدي يا نياز به توليد توان بيشتر اين سيستم ، به چرخه توليد حرارت نيروگاه افزوده شود ، كه اين امر يكي از مزاياي توليد برق با اين سيستم مي باشد باعث بالا رفتن راندمان نيروگاه نیز خواهد شد و عدم نياز به صرف هزينه براي تأمين سوخت اوليه نيروگاه و عدم آلودگي محيط زيست و قابليت ذخيره سازي حرارت و رسيدن به درجه حرارت هاي بالا از ديگر مزاياي توليد برق بااستفاده از اين نيروگاه ها مي باشد.
در نيروگاه هاي دريافت كننده مركزي ، مزرعه شامل هليو استاتها يا به صورت احاطه ای بوده كه در اين روش هليواستات ها به صورت دايره هايي با شعاع هاي مختلف به دور برج دريافت كننده مركزي نصب شده اند و يا به صورت قطاعي از يك دايره در مقابل برج دريافت كننده مركزي قرار مي گيرند كه در هر دو روش به علت فاصلة زياد هليواستات هاي رديف آخر با رديف هاي اوليه نمي توان مزرعه كلكتور را بسيار بزرگ در نظر گرفت زيرا عملاً باعث پايين آمدن كارايي منعكس كننده هاي دورتر از برج مي شود و اين امر باعث مي شود تا با اين تكنولوژي توليد نيروگاهي نتوان به ظرفيت هاي توليد بالا ( در حدود چند صد مگاوات ) رسيد ، كه اين موضوع يكي از معايب اين نيروگاه ها است.
تكنولوژی ساخت هليواستات ها داراي پيچيدگي خاض خود مي باشد كه وجود سيستم تعقيب كننده خورشيد در آن ضروري مي باشد و بايد فونداسيون پايه هاي هليواستاتي داراي استحكام بالايي باشد تا دراثر حركت منعكس كننده ها سست نشود و در يك نيروگاه در حد چند مگاوات در حدود چندين هزارهليواستات لازم است كه اين امر باعث افزايش هزينه اوليه و اشغال فضاي زيادي در مقايسه بانيروگاه هاي متداول فسيلي خواهد شد ، اين ها از ديگر معايب سيستم هاي دريافت كننده مركزي هستند.
4-1-2 : قسمت هاي اصلي نيروگاه هاي خورشيدي هليو استاتي
همان طور كه در سيكل توليد برق به وسيله نيروگاه هاي هليو استاتي ذكر شد ، اين نيروگاه ها با انعكاس پرتوهاي خورشيد توسط تعداد زيادي منعكس كننده بر روي يك سيستم دريافت كننده ، باعث ايجاد حرارت بالا شد كه اين حرارت به وسيله سيال عامل باعث به حركت درآوردن ، توربين ژنراتوري مي شود. پس مي توان دريافت كه بخش هاي اصلي اين نيروگاه هليواستات ها، سيستم دريافت كننده مركزي ، سيستم انتقال حرارت و سيستم ذخيره حرارتي می باشد. كه اجزاي هر قسمت و عملكرد و نقش آن ها در سيكل توليد برق را به اختصار در قسمت هاي بعد شرح خواهيم داد.
4-1-2-1 : هليواستات
هليواستات ها آينه هاي منعكس كننده قابل کنترلی هستند که قابلیت تعقيب خورشيد در طول روز را دارند و با زاويه خاصي كه هر كدام از آن ها در طول روز با خورشيد دارند به نحوي خورشيد را دنبال مي كنند كه بيشترين ميزان دريافت و انعكاس پرتوهاي خورشيد را داشته باشند. هليواستات ها نقش انعكاس پرتوهاي خورشيد بر روي دريافت كننده و توليد حرارت در سيستم را ايفا مي كنند و از چند قسمت اصلي تشكيل شده اند كه عبارتست از آينه ها ، سازه فلزي ،فونداسيون ، سيستم متحرك و سيستم كنترل كننده خورشيدي ، كه هر يك را به اختصار توضيح خواهيم داد.پ
4-1-2-1-1 : آينه ها
آينه ها مهم ترين بخش هلیواستات مي باشند كه وظيفه انعكاس پرتوهاي خورشيد بر روي دريافت كننده مركزي را بر عهده دارند. براي ساخت آينه ها بايد سطحي در نظر گرفته شود كه بتوان پوششي نازك از بعضي از فلزات را بر روي آن قرار داد. جنس اين سطح بر آينه هايي كه فلز پشت آن پاشيده مي شود از شيشه يا پليمرهاي شفاف است و براي آينه هايي كه فلز روي آن ها ماليده مي شود ، پليمر كدر مي باشد. آينه ها به وسيله قاب هاي فلزي بر روي سازه فلزي ساخته شده ، نصب و محكم مي گردد.
4-1-2-1-2 : سازه فلزي و فونداسيون
قسمتي از هليواستات كه آينه هاي منعكس كننده روي آن نصب و محكم میشوند ، سازه فلزي نام دارد. در ساخت هليو استات هاي كوچك و متوسط از سازه هايي كه از يك ستون و چند تير كمكي متقاطع تشكيل شده ، استفاده مي شود.اين سازه ها داراي قابليت حركت مناسب با بازه مطلوب مي باشند ولی براي هليواستات هاي بزرگ از يك ستون اصلي و خرپا هاي فضايي استفاده مي شود. واسطه نصب و محكم شدن هليواستات ها بر روي زمين ، فونداسيون آن ها مي باشند كه معمولاً از نوع بتوني است وحفره هايي بر روي آن ها تعبيه شده كه ستون سازه در آن قرار مي گيرد.
4-1-2-1-3 : سيستم هاي محرك و كنترل كننده
سيستم محرك هليواستات قابليت حركت هليواستات ها را در دو جهت افقی و عمودي براي تمركز بيشتر نور خورشيد را فراهم مي كند و سيستم كنترل عمل رديابي خورشيد در طول روز را با اعمال فرمان حركت در دو جهت عمودي و افقي به سيستم ها ي محرك امكان پذير مي كند . سيستم هاي كنترل كننده داراي انواع مختلفي چون كنترل مكانيكي ، كنترل هيدروليكي و كنترل توسط كامپيوتر هستند كه در سيستم مكانيكي يك دنياموموتور متصل به گيربكس به نحوي عمل مي كند كه باعث حركت هليواستات ها از طلوع تا غروب خورشيد مي شود. در سيستم كنترل هيدروليكي ، حركت هليو استات ها توسط يك سيلندر هيدروليكي انجام مي گيرد و در طول روز مقداري روغن كه ميزان آن مشخص است به داخل سيلندر پمپاژ مي شود و با فشاري كه پمپ در سيلندر توليد مي كند باعث مي شود تا هليواستات ها در طول روز به دنبال خورشيد به حركت در آيند.
سيستم كنترل توسط كامپيوتر گران قيمت بوده ولي بسيار مطمئن و دقيق مي باشد و در اغلب نيروگاه ها از آن استفاده مي شود در اين روش كنترلي براي هر هليواستات با موقعيت مكاني خاص خودش يك برنامه به كامپيوتر داده مي شود كه شامل موقعيت جغرافيايي آينه ها ،فاصله آن ها تابرج دريافت كننده ، ميزان سايه انداختن هليواستات ها بر روي هم در زمان هاي مختلف سال مي باشد و سيستم كنترل كامپيوتر براي هر هليواستات يك برنامه جهت اعمال به سيستم محرك طرح ريزي مي كند.
در قسمت پايين تصويري از چند نمونه از هليواستات هاي معمول مشاهده مي شود كه هر كدام داراي ساختار منعكس كننده ، فونداسيون سازه فلزي و سيستم هاي محرك و كنترل كننده مخصوص هستند.
4-1-2-2 : سيستم دريافت كننده مركزي:
سيستم دريافت كننده مركزي وظيفه تمركز و جذب حرارت ايجاد ايجاد شده توسط هليواستات ها و انتقال انرژي حرارتي ايجاد شده به سيال عامل را ايفا مي كند. اين دريافت كننده ها در بالاي برج دريافت كننده قرار گرفته و در معرض بيشترين انرژي تشعشات منعكس شده كه حدود 3000 تا 7000 كيلووات بر متر مربع است ، قرار دارند. ديواره اين دريافت كننده ها از يك سري لوله هاي موازي كه در كنار هم قرار دارند و در داخل آن ها سيال جريان دارد ، تشكيل شده است. انرژي خورشيدي به سطح خارجي لوله ها تابيده و انرژي جذب شده توسط لوله ها ، به سيال داخل آن ها منتقل مي شود و اين لوله ها از قسمت فوقاني مسدود شده اند و نتيجتاً انبساط حرارتي در قسمت پايين آن ها اتفاق مي افتد.
ظرفيت حرارتي سيستم دريافت كننده به مجموع انرژي ورودي به سيكل انتقال حرارت و ميزان انرژي ذخيره شده در ساعات روز گويند كه اين پارامتر به عوامل ديگري همچون طول لوله هاي دريافت كننده ، سطح هليواستات ها ، نوع سيال عامل ، ساختار دريافت كننده ها ، بازدهي دريافت كننده ها ، تلفات هليواستات ها و ديگر تلفات موجود در سيستم بستگي دارد. يكي از عوامل محدود كننده ظرفيت حرارتي دريافت كننده ها ، طول لوله هاي دريافت كننده است كه نمي توانداز حداكثر 30 متر تجاوز كند و اين امر باعث محدود شدن قابليت جذب دريافت كننده مي گردد.
سطح هليواستات ها يكي از ديگر پارامتر هاي مؤثر در تعيين حد ظرفيت حرارتي دريافت كننده مي باشد و با توجه به سطح هليواستات ، سطح فعال مورد نياز سيستم دريافت كننده و در نتيجه ظرفيت حرارتي مشخصمي گردد و نوع سيال عامل دريافت كننده با توجه به پارامتر ها ي فيزيكي خاص هر سيال و شار حرارتي مجاز آن ، در تعيين ظرفيت حرارتي دريافت كننده مؤثر است.با توجه به پارامترهاي مؤثر ذكر شده در ظرفيت حرارتي دريافت كننده و تعريف بازدهي پروسه نيروگاهي ( p) ، بازدهي سيستم انتقال سيال از دريافت كننده به توربين ( s) ، ضريب خورشيدي(fs) و توان نامي نيروگاه (p) و ضريب اطمينان (k) ، رابطه محاسبه ظرفيت حرارتي دريافت كننده مركزي بدين صورت خواهد بود:
(PR) = ظرفيت حرارتي دريافت كننده
4-1-2-3 : سيستم انتقال حرارت
سيستم انتقال دهنده حرارت همان طوركه از نام آن پيداست وظيفه انتقال حرارت توليد شده در سيستم دريافت كننده مركزي به سيال عامل برای تولید بخار ، جهت تجهيزات توليد قدرت و پمپ ها را دارد و از بخش هاي سيال انتقال دهنده حرارت و لوله هاي دريافت كننده تشكيل شده است. در ساختمان نيروگاه هاي هليواستاتي سيال هاي مختلفي مثل بخار آب ، فلزات مايع ، نمك هاي مذاب و گازها مي توان استفاده شود كه هر يك از اين سيالها ، ويژگي هاي خاص خود را دارد و براي كاربردهایي مناسب تر ميباشند كه در قسمت بعد به معرفي ويژگي هاي سيال های ، ذكر شده مي پردازيم.
4-1-2-3-1 : استفاده از آب به عنوان سيال
در سيستم هايي كه در آن آب به عنوان سيال دريافت كننده مركزي است. آب تحت فشار حدود 100 بار درجه حرارت 500 درجه سانتي گراد در سيستم دريافت كننده تبديل به بخار داغ مي شود و بخار داغ به صورت مستقيم براي حركت توربين كه در پايين برج نصب شده مورد استفاده قرار مي گيرد و بخار اضافي توليد شده را مي توان در يك سيستم ذخيره حرارت براي مصرف در حالات ابري و يا درشب ها ، ذخيره كرد.
4-1-2-3-2 : استفاده از نمك نيترات به عنوان سيال:
در بعضي از سيستم ها از نمك نيترات مذاب به عنوان سيال انتقال حرارت استفاده مي شود. نمك نيترات داراي نقطه ذوب حدود220درجه سانتي گراد مي باشد و نسبت به ساير مايعات نظير آب و روغن ، حرارت بيشتري را در خود نگه مي دارد. در اين نيروگاه ها نمك تا حدود 560 درجه سانتي گراد داغ مي شود و پس از اين كه حرارت نمك براي فوق گرم كردن بخار در مبدل حرارتي گرفته شد ، نمك با حدود 280 درجه سانتي گراد در يك مخزن ذخيره مي شود تا در موقع لازم به كارگرفته شود. استفاده از نمك نيترات به عنوان سيال عامل داراي اين مزيت است كه نمك را مي توان به صورت داغ در يك مخزن ذخيره كرد و نمك داغ حرارت خود را تا 13 ساعت حفظ مي نمايد.در استفاده از سديم مايع به عنوان سيال نيز مشابه حالات قبل سديم مايع تا حدود 620 درجه سانتي گراد در سيستم دريافت كننده گرم شده و گرماي آن در يك سيكل مبدل حرارتي باعث چرخش توربين مي شود.
4-1-2-4 : سيستم ذخيره كننده انرژي حرارتي
با توجه به حرکت خورشید در طول روز و تغییر میزان جذب انرژی تشعشعات خورشید ، وجود یک سیستم ذخیره کننده حرارتی برای زمان های ابری یا در هنگام شب جهت تأمین توان الکتریکی لازم با نرخ ثابت و به صورت پیوسته و مستمر ضروری به نظر می رسد . سیستم های ذخیره انرژی می توانند از نوع شیمیایی ، الکترو شیمیایی و مکانیکی باشند ولی ویژگی خاص نیروگاههای هلیواستاتی باعث می شود تا بیشتر از سیستم های ذخیره حرارتی ، با استفاده از تانکهای ذخیره سیال داغ ، استفاده شود
4-1-3 : معرفی کمیت زمان مرجع
در طراحی یک نیروگاه خورشیدی ، مهم ترین عامل میزان انرژی جذب شده در طول روزهای مختلف سال است که با توجه به تغییر زاویه تابش خورشید در طول ماه های مختلف یک سال ، این میزان جذب انرژی تغییر می کند. برای نیروگاهها ی خورشیدی مانند دیگر نیروگاهها باید یک توان تولیدی نامی تعریف کرد تا نیروگاه در تمام ایام سال ، آن میزان توان را تولید کند . جهت بهره برداری از نیروگاه در تمام ایام سال نیروگاه باید قادر به جذب میزان مشخصی از انرژی در تمام طول سال باشد.زمان خاصی از ایام سال که طراحی نیروگاه از نظر تولید انرژی و هزینه ها در آن بهینه باشد مبنای طراحی نیروگاه قرار می گیرد ، توان نامی نیروگاه بر اساس ظرفیت تولید با میزان انرژی جذب شده در آن زمان تعیین می گردد که به این زمان ، زمان مرجع طراحی نیروگاه می گویند .
4-1-3-1 : اهمیت انتخاب صحیح زمان مرجع در یک نیروگاه خورشیدی
زمان دقیق مرجع با توجه به پارامترهایی نظیر میزان تابش خورشید در محل نیروگاه ، شکل میدان هیلواستات ها و حداقل توان تولیدی نیروگاه مشخص می شود . در صورتی که زمان مرجع یک نیروگاه برای یک زمان با میزان جذب تشعشعات بالا انتخاب شود ، اگر چه نیروگاه در آن زمان قادر به تولید توان نامی خواهد بود ولی در سایر مواقع که میزان تشعشعات جذب شده کاهش خواهد یافت ، این نیروگاه نمی تواند توان نامی را تولید کند و از هزینه و سرمایه صرف شده در نیروگاه به خوبی نمی توان استفاده کرد .
حال اگر زمانی از سال که دارای میزان جذب انرژی کمی است به عنوان زمان مرجع در نظر گرفته شود مدت زمان بهره برداری از نیروگاه با توان نامی تولیدی مطلوب بوده ولی از پتانسیل خورشیدی موجود به طور کامل استفاده نشده و باعث عدم استفاده بهینه از انرژی خورشید می شود . در نیروگاه خورشیدی هلیواستاتی با میدان هلیواستات شمالی زمان مرجع طراحی معمولاً بین اول دی تا اول فروردین انتخاب می شود و در نیروگاه دریافت کننده مرکزی با میدان احاطه ای زمان طراحی مرجع معمولاً بین اول فروردین تا اول تیرماه انتخاب می شود .
4-1-4 : پارامترهای مهم در انتخاب محل نیروگاه هلیو استاتی
درانتخاب محل مناسب برای ساخت یک نیروگاه خورشیدی از نوع سیستم دریافت کننده مرکزی مهم ترین عوامل میزان تابش خورشید ، تعداد روزهای آفتابی سال و تعداد ساعات آفتابی در طول یک سال می باشند که برای احداث یک نیروگاه چند مگاواتی با چندین هزار هلیواستات متحرک باید تعداد ساعات آفتابی در طول سال در حدود 3500 تا 4000 ساعت باشد با توجه به عوامل ذکر شده در مورد میزان جذب انرژی ، عواملی دیگر از قبیل پایین بودن هزینه زمین ، نیاز منطقه به تولید برق ، وجود خطوط انتقال در حوالی نیروگاه ، دسترسی به سوخت در صورت استفاده از سیستم های پشتیبان و دسترسی به آب مورد نیاز در انتخاب محل نیروگاه دریافت کننده مرکزی موثر می باشد .
4-2 : نیروگاههای خورشیدی از نوع کلکتور سهموی خطی
سیستم های تولید انرژی الکتریکی با استفاده از سیستم های منعکس کننده سهموی خطی،یکی از پرکاربردترین انواع نیروگاههای خورشیدی حرارتی می باشند که با استفاده از این سیستم ها می توان به ظرفیت تولید تا چند ده مگاوات دست یابی پیدا کرد . با توجه به ساختار هندسی کلکتورهای این نیروگاه می بایست تابش مستقیم خورشید در کانون خطی آن منعکس شود و با ضریب تمرکز تابش خورشیدی بین 2 تا 40 می توان به درجه حرارت تا 400 درجه سانتی گراد در کانون کلکتورها رسید .درکانون این گردآورنده ها لوله فلزی درازی به رنگ سیاه وجود دارد که در داخل لوله های فلزی روغن موجود می باشد که این روغن با انعکاس انرژی تابشی خورشید در کانون کلکتور گرم شده و جریان پیدامی کند ، این روغن تا حدود 400 درجه سانتی گراد گرم شده و روغن داغ به مبدل حرارتی می رود و آب را به بخار فوق گرم ( super heat ) تبدیل می کند و این بخار توربین را به حرکت درمی آورد . برای رسیدن به مقادیر تولید انرژی بیشتر باید حجم بیشتری از روغن داغ در اختیار باشد که نیازمند استفاده از تعداد بیشتری کلکتور سهموی خطی است که این کلکتورها با اتصال موازی و یا سری لوله های جاذب انرژی حرارتی آنها با یکدیگر به صورت یک سیستم واحد عمل می کنند .
در سیستم نیروگاه های خورشیدی از نوع کلکتور سهموی خطی همیشه یک سیستم ردیاب خورشیدی تک محوره نصب شده که حرکت سمتی و ارتفاعی خورشید را در تمام طول روز به نحوی ردیابی می کند که لوله فلزی جاذب انرژی حرارتی که در کانون خطی کلکتورهای سهموی خطی قراردارد در راستای بیشترین میزان انعکاس خورشیدی قرار گیرد .
سیالی که در لوله های فلزی جاذب انرژی در جریان هست روغن می باشد و علت استفاده از روغن این است که روغن در درجه حرارت های بسیار بالا به صورت مایع باقی می ماند و این امر موجب کاهش ابعاد لوله های گرد می گردد . در نیروگاه های خورشیدی سهموی خطی برای تولید مستمر سیستم وجود یک سیستم سوخت پشتیبان که غالباً از سوختهای فسیلی می باشد ضروری به نظر می رسد و باعث می شود تا سیستم پشتیبان قادر به پاسخگویی در برابر نوسانات تولید ناشی از ابری بودن هوا یا تاریک شدن هوا باشد و مشابه سیستم نیروگاه هلیواستاتی در نیروگاه های خورشیدی با کلکتور سهموی خطی می توان از یک سیستم ذخیره انرژی حرارتی برای استفاده در ساعاتی که تابش مستقیم خورشید وجود ندارد استفاده کرد .
4-2-1 : قسمتهای اصلی نیروگاه خورشیدی از نوع کلکتور سهموی خطی
بخش های اصلی یک نیروگاه خورشیدی از نوع کلکتور سهموی خطی عبارتست از سیستم متمرکز کننده انرژی ، سیستم دریافت کننده انرژی ، سیستم انتقال انرژی ، سیستم ذخیره انرژی و سیستم تبدیل انرژی . در یک نیروگاه خورشیدی یکی از مهم ترین بخش ها سیستم متمرکز کننده انرژی هستند که از سازه فلزی کلکتور ، سیستم ردیاب خورشیدی ، آینه های منعکس کننده و تجهیزات و قاب های نگهدارنده آینه ها بر روی سازه کلکتور تشکیل شده که وظیفه اصلی این قسمت از نیروگاه انعکاس بیشترین مقدار انرژی خورشیدی ممکن در کانون کلکتور می باشد .
سیستم دریافت کننده که در کانون کلکتور به صورت خطی قرار دارد از یک لوله فلزی سیاه رنگ تشکیل شده که سیال اصلی درون آن قرار گرفته و با انعکاس حرارت خورشید در کانون کلکتور این سیال که روغن می باشد گرم شده و به حرکت درخواهد آمد و باعث می شود تا حرارت تولید شده در روغن در سه مرحله آب را به بخار سوپرهیت تبدیل می کند و بخار حاصل وارد ماشین بخار شده و باعث به حرکت درآوردن ژنراتور می شود دیاگرام شماتیک یک واحد نیروگاه خورشیدی با کلکتور سهموی خطی در حال تولید در قسمت پایین نمایش داده شده است .
4 -2 -2 : مزایا و معایب نیروگاههای خورشیدی از نوع کلکتور سهموی خطی
سیستم های نیروگاه خورشیدی سهموی خطی به علت استفاده از انرژی پاک و تجدیدپذیر خورشید که به صورت رایگان در اختیار بشر قرار داده شده ، در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته و کشورهایی مثل اسپانیا ، مکزیک ، آمریکا ، ژاپن و استرالیا در دهه اخیر اقدام به ساخت نیروگاههایی ازنوع سهموی خطی کرده اند . یکی از مزایای مهم این نیروگاه ها قابلیت تولید توان های بالا می باشد که بر خلاف نیروگاههای هلیو استاتی ، با تکنولوژی کلکتورهای سهموی خطی تا توان چند ده مگاوات را می توان تولید کرد و مزیت دیگر این نیروگاه ها قابلیت ترکیب شدن آن با نیروگاههای فسیلی است که باعث افزایش راندمان خروجی نیروگاه و تولید مستمر الکتریسته در طول روز می شود و زمان کوتاه نصب و عدم نیاز به احداث ساختمان های متعدد کنترل و تولید و امکان تولید هم زمان برق و گرما از دیگر مزایای سیستم نیروگاه با کلکتورهای سهموی خطی می باشد .
از معایب تولید الکتریسته به این روش محدودیت دمای کارکرد بخش دریافت کننده انرژی و محدودیت دمای بخار تولید شده را می توان اشاره کرد که باعث پایین آمدن راندمان خروجی نیروگاه می شود. ساختار پیچیده سازه های فلزی کلکتورها و پیچیدگی و هزینه بر بودن سیستم های ردیاب خورشیدی و نیاز به آب در پروسه تولید نیروگاهی از دیگر معایب تولید الکتریسته به این روش می باشد .
4– 3 : نیروگاههای خورشیدی با سیستم برج های نیرو با هوای گرم
در نحوه عملکرد نیروگاههای خورشیدی با سیستم برج های نیرو با هوای گرم از سه پدیده طبیعی طرز کار گلخانه های خورشیدی ، طرز کار توربین های بادی و سیستم دودکش های بلند الهام گرفته شده است و اساس کار این نیروگاه بدین صورت است که هوای گرمی که بوسیله نور خورشید در یک گرمخانه خورشیدی تولید می شود ، از اطراف به سمت دودکش بلندی که در مرکز گرمخانه قرار دارد هدایت می شود و هوای گرم در دودکش با سرعت و فشار زیاد به سمت بالای برج نیرو صعود می کند و در حین صعود باعث چرخش توربین که در پایین برج نصب شده می شود و بدین ترتیب با چرخش توربین در ژنراتور متصل به آن انرژی الکتریکی تولید می شود . تکنولوژی ساخت و بهره برداری از این نیروگاهها در مرحله مقدماتی و آزمایشی می باشد و هنوز در پروسه تحقیقات و توسعه به سر می برد .
این سیستم ها از برجی به ارتفاع تقریبی 200 متر و قطر حدود 10 متر تشکیل شده که این برج از ورق های گالوانیزه با ضخامت در حد یک میلیمتر ساخته شده است . قسمت دیگر سیستم نیروگاه ، گرمخانه نیروگاه است که به صورت یک ساختمان آهنی ساده است و از تعداد زیادی ستون فولادی با ارتفاع 2 تا 6 متر تشکیل شده و بر روی این ستون ها پرده های مربع شکل پلاستیکی انداخته می شود و پوشش شیشه ای مانع از خروج امواج بلند تابع خورشید از محیط گرمخانه به بیرون می گردد و به طور تقریبی حدود 50 درصد از انرژی حرارتی خورشید در زیر پوشش شیشه ای در گرمخانه ذخیره می شود .
قطر میدان گرمخانه حدود 200 متر می باشد و کف گرمخانه با رنگ سیاه مخصوصی برای جذب بهتر حرارت رنگ شده و ارتفاع ستون های گرم خانه از اطراف به سمت محل استقرار دودکش که در مرکز میدان گرمخانه واقع شده ، افزایش می یابد و در قسمت پایین برج ( دودکش ) توربین و ژنراتور قرار گرفته و هوای گرم با فشار بالا در میدان گرم خانه دودکش به سمت بالا رفته و باعث چرخش توربین می شود .
4 – 3 – 1 : مزایا و معایب نیروگاههای خورشیدی با سیستم برج های نیرو با هوای گرم
نیروگاههای خورشیدی سیستم برج های نیرو با هوای گرم دارای مزایایی به شرح زیر می باشند
1 – امکان استفاده از مولفه های پراکنده تابش خورشید که در نیروگاه های هلیواستاتی و سهموی خطی قابل استفاده نبودند .
2 – عدم نیاز به آب که باعث می شود این نیروگاه ها را در هر مکانی احداث کرد .
3 – عدم آلودگی محیط زیست و استفاده از انرژی تجدید پذیر و پاک خورشید به عنوان سوخت اصلی نیروگاه.
4 – عدم نیاز به تولید دماهای بالا که باعث افزایش طول عمر نیروگاه می شود .
با توجه به مزایای ذکر شده در مورد نیروگاههای خورشیدی با سیستم برج نیرو با هوای گرم این سیستم ها دارای معایبی می باشند که عبارتست از
1 – در این سیستم ها پیوند با سوخت های فسیلی به عنوان سوخت پشتیبان امکان پذیر نیست(بر خلاف نیروگاه های خورشیدی هیلواستاتی یا سهموی خطی)
2 –پیچیدگی و هزینه بر بودن ساخت برج های نیرو و میدان گرم خانه این نیروگاه ها
3 - توسعه نیافتن تکنولوژی ساخت این نیروگاه ها و عدم امکان دست یابی به مقادیر بالای توان تولیدی.
4 – پایین بودن بازدهی نیروگاه و مدت زمان محدود بهره برداری از نیروگاه در طول سال .
5 – نیاز به اشغال مساحت زیادی برای احداث گرم خانه نیروگاه.
4 – 4 : نیروگاه خورشیدی با سیستم برج های نیرو با هوای سرد
پروسه تولید برق در این نیروگاهها تا حدودی شبیه به پروسه تولید برق در نیروگاههای آبی می باشد بدین صورت که هوای سرد و سنگین از ارتفاع بالا به طرف پایین حرکت می کند و پس از برخورد با پره های توربین ،آن را به حرکت در می آورد و با چرخش توربین ژنراتورکوپل شده به آن انرژی الکتریکی تولید می شود .
فرآیند کلی تولید برق در این نیروگاه ها بدین شرح می باشد که استفاده از یک برج بلند با دهانه بزرگ که در یک منطقه خشک کویری احداث شده و پمپاژ کردن آب به بالای برج باعث می شود تا هوای خشک و کویری که رطوبت را به خود جذب کرده و خنک تر و سنگین تر شده است ، تحت تاثیر نیروی جاذبه زمین به سمت پایین برج حرکت کند و به دلیل ارتفاع زیاد برج سرعت هوای سرد در پایین برج افزایش می یابد و در پایین برج توربین قرار دارد ، حال هر چه هوای منطقه داغ تر و خشک تر باشد میزان رطوبت جذب شده توسط آن افزایش می یابد و میزان توان تولیدی بیشتری را می توان از سیستم کسب کرد توان حاصل از این نیروگاه مشابه نیروگاههای آبی متناسب با حاصلضرب حجم در وزن مخصوص ماده سیال می باشد و اثبات گردیده که در حدود هشت برابر انرژی صرف شده برای پمپاژ آب به بالای برج را می توان از سیستم نیروگاه دریافت کرد .
4 – 4 – 1 : مزایا و معایب نیروگاه های خورشیدی با سیستم برج های نیرو با هوای سرد
این نیروگاه ها از انرژی پاک و تجدید پذیر خورشید استفاده می کنند که محیط زیست را آلوده نمی کند و حتی باعث افزایش رطوبت هوا و تلطیف هوا در حوالی نیروگاه می شوند و باعث بوجود آمدن مزارع و زمین های قابل کشت در اطراف نیروگاه می شوند ولی با این وجود این نیروگاه ها از لحاظ فنی و اقتصادی دارای مشکلاتی هستند که مانع از گسترش آنها می شود این معایب عبارتست از :
1 – نیاز به حجم زیادی آب برای پمپاژ به بالای برج که تامین چنین آبی در یک منطقه کویری و خشک مشکل می باشد .
2 – نیاز به استفاده از موتور پمپ های قوی برای پمپاژ آب به بالای برج که خود هزینه احداث نیروگاه را افزایش می دهد .
3 – موتورهای پمپاژ آب به بالای برج نیاز به سوخت دارند که هزینه تولید برق را افزایش می دهند .
4 – با استفاده از این سیستم نیروگاه ها نمی توان به مقادیر بالای توان تولیدی رسید زیرا نیاز به احداث برج های بسیار بلند با قطر دهانه بسیار بزرگ دارد که بسیار مشکل و هزینه بر است .
5 – در مناطق با هوای مرطوب یا در هنگام باریدن باران ، افزایش رطوبت هوا باعث می شود تا رطوبت کمتری در برج توسط هوای گرم جذب شود ومیزان تولید و راندمان نیروگاه کاهش یابد .
4 – 5 : نیروگاه های استخر خورشیدی
در نیروگاه استخر خورشیدی با استفاده از تفاوت حرارت موجود در لایه های زیرین آب استخر باحرارت لایه های آب های سطحی استخر و استفاده از یک سیکل ترمودینامیکی برق تولید می شود بدین صورت که حرارت لایه زیرین استخر برای تبخیر یکی از سیالات آلی نظیر فریون استفاده می شود و بخار فریون با فشار بالا وارد توربین می شود و بدین ترتیب با چرخش توربین در ژنراتور کوپل شده به آن انرژی الکتریکی تولید می شود و بخار خروجی از توربین که فشار خود را از دست داده از توربین وارد چگالنده می شود و در چگالنده آب سرد موجود در لایه های فوقانی استخر ، بخار را به مایع تبدیل می کند و این سیکل مجدداً تکرار می شود .
گرمای ایجاد شده در لایه های زیرین استخر از این پدیده ناشی می شود که در یک استخرآب شور ، اگر مدتی آب بدون حرکت در مقابل تابش خورشید قرار گیرد ، بر اثر تابش خورشید و تبخیر آب به تدریج لایه ای از آب گرم و غلیظ در سطح استخر تشکیل می شود که این لایه به دلیل جرم حجمی بیشتری که نسبت به لایه های زیرین استخر دارد به صورت آهسته به پایین استخر نزول می کند و به تدریج در ته استخر جمع می شود و بدین ترتیب در ته استخر یک لایه ذخیره حرارتی ایجاد می گردد که از این ذخیره می توان در تولید برق استفاده کرد . این استخرهای آب شور در بعضی نقاط جهان به صورت طبیعی وجود دارد که در بعضی از آنها درجه حرارت آب گرم لایه زیرین استخر به حدود هفتاد درجه سانتی گراد می رسد و استخرهای آب شور ساخت دست بشر می تواند به حرارت لایه زیرین تا حدود دمای جوش آب نیز برسد درحالی که آب سطح استخر دارای دمای حدود 25 درجه سانتی گراد می باشد .
4 – 5 – 1 : مزایا و معایب نیروگاه استخر خورشیدی
نیروگاههای استخر خورشیدی برای تامین بار پایه و بار میانی مناسب است وبه دلیل ذخیره سازی انرژی گرمایی در لایه زیرین استخر نیازی به سیستم های ذخیره کننده گرما ندارند و نیز از انرژی گرمایی موجود در لایه زیرین استخر در تولید برق و گرما می توان استفاده کرد ولی این سیستم ها دارای معایبی به شرح زیر هستند که مانع از گسترش ساخت این نیروگاهها در جهان شده اند .
1 – طولانی بودن زمان ساخت نیروگاه و هزینه بالای تعمیرات و نگهداری نیروگاه.
2- نیاز به در نظر گرفتن مساحت زیادی برای استخر نیروگاه که خود هزینه ساخت نیروگاه را افزایش می دهد .
3 – عدم امکان تولید مقادیر بالای توان الکتریکی و پایین بودن راندمان کاری نیروگاه .
4 – دشواری کنترل غلظت و درجه حرارت لایه های مختلف اب و مخلوط شدن آب استخر بر اثر باد.
5 – نیاز به مقادیر قابل ملاحظه ای آب و نمک
6 – پس از گذشت مدتی آب استخر بر اثر جلبکها یا کثیفی آب تیره می شود که باعث کاهش ظرفیت تولید و راندمان نیروگاه می شود .
4 – 6 : نیروگاه خورشیدی با کلکتورهای بشقابی
نیروگاه های خورشیدی با کلکتورهای بشقابی دارای یک گردآورنده به شکل بشقاب ماهواره می باشند که سطح آن از مواد منعکس کننده پوشیده شده است و کلکتور بشقاب شکل دارای یک کانون نقطه ای می باشد که با ضریب تمرکز گردآورنده بین 100 تا 1000 می توان به حرارتی تا حدود 1000 درجه سانتی گراد در نقطه کانونی کلکتور رسید . این گرما توسط یک سیستم دریافت کننده که در نقطه کانونی بشقابک قرار دارد دریافت می شود و گرمای حاصل را می توان با کمک یک سیال مناسب به یک سیکل ترمودینامیکی منتقل کرد و در یک پروسه مانند نیروگاههای متداول دیگر تبدیل به بخار کرد و نیروی لازم برای چرخش توربین را فراهم کرد و یا با استفاده از یک موتور استرلینگ کوچک که در نقطه کانونی قرار دارد می توان با انتقال گرمای دریافت کننده به شاره کارکن موتور استرلینگ ، موتور را به حرکت درآورد و با حرکت موتور ، ژنراتور کوپل شده به محور آن می چرخد و انرژی الکتریکی تولید می کند .
موتورهای استرلینگ دارای بازدهی بالا و طول عمر زیاد و کارکرد آرام هستند و هر واحد نیروگاه بشقابی استرلینگ می تواند بین 10 تا 15 مگاوات توان الکتریکی تولید کند و از معایب نیروگاه بشقابی استرلینگ به عدم امکان استفاده از سوختهای فسیلی پشتیبان ، عدم امکان تولید با ظرفیت کامل سیستم در طول سال و ضرورت نیاز به سیستم ردیاب خورشیدی دو محوره می توان اشاره کرد .
مطالب مشابه :
طراحی و ساخت انواع سرد خانه زیر صفر و بالا صفر - شرکت سرما در گرمای بندر
طراحی و ساخت انواع سرد خانه زیر صفر و (سردخانه مشترک در یک پارکینگ=هزینه کمتر جهت
مزکز طراحی و ساخت خانه های پیش ساخته مدرن
ساخت خانه هاي پيش ساخته سبک و مقاوم در ( سيستم سازه هاي سرد صرفه جویی در هزینه
ساخت اصولی لانه
خصوصاً فصول سرد سال از و کم هزینه ترین روشها ساخت خانه تور
سازه فولادی سرد نورد شده (سیستم LSF )
طراحی و ساخت خانه های سرد نورد شده در ساخت ساختمان در بلند مدت کم هزینه
خانه های پیش ساخته
طراحی و ساخت خانه های استفاده از اعضای فولادی سرد نورد شده در ساخت ساختمان هزینه خواهد
سازه فولادی سرد نورد شده (سیستم LSF)
طراحی و ساخت خانه سرد نورد شده در ساخت ساختمان آن در بلند مدت کم هزینه
ساختمان در اقلیم سرد و کوهستانی
برنامه ریزی مانند هزینه، ساخت و فناوری است به منظور سرد و کوهستانی خانه هنر
سیستم انباره سرما | Cool Storage
خانه تاسيسات در ساختمانهای تجاری از آب سرد یا یخ به ساخت فونداسیون اساسی
روند طراحی خانه های "ابر خشت"(Super Adob)
زیرا ساخت خانه با آن راحت می شوید که خانه چقدر سرد هستند و هزینه ساخت آنها نیز
سيستم هاي خورشيدي حرارتي الكتريكيدر
سرگرمی برای بانوان خانه و هزینه بر بودن ساخت برج های صورت که هوای سرد و سنگین از
برچسب :
هزینه ساخت سرد خانه