Sunčane toplinske elektrane
    Ponedjeljak, 20 Lipanj 2011 22:38

    Sunčane toplinske elektrane

    Temperatura radne tvari (95ºC) dobivena uporabom solarnih kolektora nije dovoljna za efikasniju proizvodnju električne energije. U solarnim termalnim elektranama Sunčevo zračenje se lećama i ogledalima fokusira radi postizanja što više temperature. Takva se tehnologija naziva solarno fokusiranje energije. Ovisno o temperaturi radne tvari u solarnim elektrana koriste se odgovarajući pogonski strojevi za proizvodnju električne energije. Parne turbine koriste se do 600°C, a iznad te temperature plinske turbine. Vrlo visoke temperature uvjetuju korištenje različitih materijala i tehnika. Za temperature iznad 1100°C predlaže se korištenje tekuće fluoridne soli kao radnog medija te višestupanjski turbinski sustav, čime je moguće postizanje energetske učinkovitosti i do 60%. Tako visoka radna temperatura omogućava znatne uštede vode, što posebno dolazi do izražaja u pustinjama, gdje se izgradnja upravo takvih solarnih elektrana i očekuje. Kako je pohranjivanje toplinske energije jeftinije od spremanja električne energije, solarne termalne elektrane se najčešće izvode s baterijama solarnih spremnika topline čime je omogućena proizvodnja električne energije i noću. Pouzdanost neprekidne proizvodnje električne energije moguće je povećati ugradnjom pomoćnih (sekundarnih) sustava na fosilna goriva. Trenutno je jedna od značajnijih prepreka implementaciji takvih elektrana cijena solarnih leća odnosno solarnih ogledala, kojima je potrebno prekriti vrlo velike površine za dobivanje značajnijih količina energije. Solarne termalne elektrane su kvalitetni izvori električne energije dobivene pretvorbom Sunčeve energije u toplinsku. S obzirom da nema značajnijih štetnih produkata prilikom proizvodnje električne energije, a imaju dobru energetsku učinkovitost (20-40%), budućnost im je osigurana. Izgradnjom takvih vrsta elektrana na provjerenim sunčanim područjima (Sahara) mogao bi se obnovljivom električnom i toplinskom energijom snabdijevati veliki dio svjetskih potrošača (posebice na otocima). Zbog potrebe za visokim temperaturama, gotovo svi oblici solarnih termalnih elektrana moraju koristiti nekakav oblik koncentriranja (fokusiranja) Sunčevih zraka s širokih prostora na malu, ciljanu površinu. Tokom dana, položaj Sunca na nebu se stalno mijenja pa se time mijenja i onaj najpovoljniji kut upada Sunčevih zraka na posebna solarna ogledala te je potrebno graditi prilagodljive (pokretljive) sustave za fokusiranje, kako bi se dobila što veća energetska učinkovitost, najvećeg čimbenika pri definiranju visine cijene instaliranja solarnih termalnih elektrana103. Skladištenjem topline moguće je dobivati električnu energiju i onda, kada to nije moguće (u vrijeme smanjene insulacije). Danas se koriste jedino fokusirajuće solarne termalne elektrane (engl. Concentrated solar plant). Sastoje se od ogledala i spremnika radne tvari, koja se zagrijava do određene temperature te takva prolazi kroz turbine ili toplinske motore (Strilnigov motor).
    www.zelenaenergija.org

    C1C2

    CSP industrija u Sjedinjenim Američkim Državama je na rubu velikih promjena. Nakon godina u kojima se teško odlučivalo na investiranje u CSP (koncentirana solarna energija) sada je zbog povećane efikasnosti i smanjenja troškova sustava isto postalo puno primamljivije. Do toga je došlo zbog nove generacije tehnologija za toplinsko spremanje energije, transfer topline i dijelove elektrane. Ovaj razvoj uz trenutačno stanje solarnog tržišta u SAD-u spušta troškove za velike elektrane na način da po prvi puta postaju komercijalno isplative. Što se tiče razvoja u sektoru spremanje solarne topline i transferu topline došlo je do velikog napretka u topljivim solima, tehnologiji koja omogućava CSP elektranama da proizvode baznu električnu energiju, što je velika prednost CSP-a pred drugim tehnologijama obnovljivih izvora. Nova generacija topljivih soli koristi CN-K (kalij kalcijev nitrat) koji ima povećani temperaturni opseg, bolju mogućnost spremanja i poboljšanu sigurnost naspram trenutačnih soli i toplinskih ulja. Niža temperatura topljenja znači da je solima potrebno manje energije da dostignu efikasnost, što poboljšava spremanje i transfer topline. Niže topljenje također smanjuje rizik od nesreća i oštećenja zbog smrzavanja soli unutar samog radnog kruga. Osim toga komponente CSP elektrane kao što su kolektori i prijamnici sunčevog zračenja su unaprijeđeni zbog poboljšanog dizajna i novih premaza. Novi premazi koji pretvaraju sunčeve zrake u toplinu sada rade sa apsorpcijom od čak 95,5%. Sami prijamnici sada pak imaju aktivnu površinu od 96,7% svoje dužine čime se također poboljšava apsorpcija. I kolektori se poboljšavaju unapređivanjem njihovih panela, optike i drugih dijelova. Ove tehnologije su smanjile kapitalne troškove i troškove rada CSP projekata, te su sada profitabilniji za investitore i vlasnike. Nova topljiva sol je jeftinija od stare u startu, te bi s vremenom trebala biti još jeftinija, a i potrebna je manja količina za pogon. Isto tako su smanjeni troškovi održavanja i sigurnosni troškovi, te je smanjena korozija na komponentama. Kod kolektora je Američki Laboratorij za obnovljive izvore energije (NREL) razvio jeftinije modele koji umjesto staklenih modula koriste srebrni polimer koji ima iste performanse kao teško staklo uz manje troškove i masu. Time se osjetno smanjuje njihova cijena koja može biti i do 40% ukupne cijene CSP sustava. Dodatni bonus je politika SAD-a koja daje porezne poticaje, pozajmice od vlade te dotacije. Tu se ističe SunShot CSP Research and Development program kojim se donira 55 milijuna dolara za 21 različiti projekt koji se bavi podsustavima CSP-a i to solarnim poljima, prijamnici, toplinskim spremanjem i samim elektranama. Cilj je smanjiti cijenu CSP-a sa 0,21 dolar/kWh na 0,06 dolara/kWh. Osim ovih faktora SAD je dobar zbog velikih područja sa jako puno sunca na jugozapadu zemlje, gdje se mogu graditi velike CSP elektrane, te sama ekonomska moć cijele države u kojoj ima dovoljno kapitala da se investira u ovakve velike projekte. Jedino još investitori moraju uhvatiti ovu jedinstvenu priliku za razvoj nove tehnologije.
    www.obnovljivi.com

    C3
    C4

     

    Vršno opterećenje u Sjedinjenim Američkim Državama je između 16.00 i 20.00 sati, u doba kada solarna energija ne može više isporučivati maksimalnu proizvodnju. Rješenje ovog problema je u koncentriranoj solarnoj energiji (CSP), tehnologiji koju su počele koristiti elektroprivrede na jugu Španjolske i u Američkim pustinjama. Američki NREL (Državni laboratorij za OIE) je utvrdio da CSP, sa svojom većom fleksibilnošću i mogućnosti spremanja energije do 15h može povećati ukupnu proizvodnju iz solara te time omogućiti veću prisutnost solarnih elektrana na mreži. CSP tehnologija koristi zrcala za reflektiranje i koncentriranje Sunčeve svjetlosti na prijamnike koji skupljaju toplinu iz sunca. Ova toplinska energija se onda može koristiti za pokretanje parne turbine koja proizvodi električnu energiju. I tu je glavna prednost te tehnologije, jer može spremiti energiju i pojačati proizvodnju kada se količina proizvodnje iz vjetroelektrana i solarnih FN sustava smanji. Glavni problem je fleksibilnost mreže, pošto se ista mora napraviti takvom da brže reagira na promjene proizvodnje iz varijabilnih izvora kao što su solar i vjetar, a sa njihovim većim udjelom je potrebna veća fleksibinost zbog balansiranja proizvodnje energije. I dok bi prolaskom oblaka kod solarnog FN sustava proizvodnja odmah pala, kod CSP sustava ona padne nakon 10 do 15 minuta jer zagrijanom fluidu treba toliko vremena da kroz cijevi stigne do same parne turbine. Ali glavna prednost CSP-a je mogućnost spremanja energije kroz nekoliko sati čime bi se i u vrijeme vršne potrošnje mogla u potpunosti proizvoditi iz FN i CSP solara, te bi se na taj način mogao napraviti zatvoreni krug elektrana na obnovljive izvore, a kojima za konstantni rad ne bi trebale klasične elektrane. Spremanje toplinske energije kod CSP-a bi bilo relativno jeftino jer bi bile potrebne samo velike cisterne u kojima bi se spremao neki medij koji bi pohranio i poslije vraćao toplinu koju prenosi voda. U današnjim takvim elektranam se koristi rastopljena sol (primjer u Španjolskoj) jer je ima mnogo i jeftina je, te nema nikakvu promjenu stanja pri temperaturi od 565 stupnjeva celzijusa koja je potrebna za tipičnu CSP elektranu. U tipičnoj CSP elektrani koja koristi rastopljenu sol postoje dvije cisterne pri čemu je jedna na nižoj temperaturi - od 293 stupnjeva celzijusa, a druga je na 565. Sol se pumpa iz cisterne sa nižom temperaturom do tornja gdje se skuplja energija sunca te se tamo grije i šalje u vruću cisternu gdje se tolika temperatura može održati kroz nekoliko sati/dana. Ta toplija sol se onda šalje do izmjenjivača topline gdje proizvodi paru za pokretanje parne turbine, te se od tamo šalje nazad u hladniju cisternu nakon što se ohladi na 293 stupnjeva celzijusa. Ova rastopljena sol se smrzava na otprilike 200 stupnjeva celzijusa tako da nema problema sa prelaskom u čvrsto stanje pri spomenutim temperaturama. Naravno, ako nema soli u toplijoj cisterni onda nema spremljene energije, a ako je ta cisterna puna ima spremljene energije. Rastopljive soli za spremanje energije su kombinacija kalcij nitrata i kalij nitrata. Rudnici kalcij nitrata nalaze se u Čileu, a za kalij nitrat ih ima u Čileu, Etiopiji i drugim državama. Abengoa solar gradi 250 MW CSP elektranu u Arizoni koja će biti na 1.900 hektara te će koristiti čak 900.000 zrcala za grijanje fluida unutar cijevi. Elektrana će imati mogućnost šest sati spremanja toplinske energije, što znači da će nakon zalaska Sunca moći isporučivati energiju u još 70.000 domova. Gemasolar u Granadi na jugu Španjolske ima 19,9 MW CSP toranj koji preko ljeta proizvodi dovoljno energije za isporuku 24 sata na dan u 25.000 kućanstava. SolarReserve pak gradi 110 MW CSP projekt pod nazivom Crescent Dunes Solar Energy Project, a koji će koristiti rastopljive soli i koji će spremati energiju kroz nekoliko sati. U Nevadi pak BrightSource gradi još veću CSP elektranu koja će moći spremati energiju na samo 2 sata, ali će u vršnoj proizvodnji isporučivati električnu energiju u 140.000 kućanstava. Cijena FN sustava konstantno pada, te je trenutno jeftinija od CSP-a, ali CSP ima prednost u spremanju energije, te zajedno sa FN sustavima te dvije tehnologije mogu pomoći jedna drugoj. Iako spremanje podiže cijenu CSP elektrane, ta cijena se amortizira dužim vremenom proizvodnje, ali i mogučnošću regulacije sustava. Solarne elektrane mogu spremati energiju i u baterije, ali je to zasada skupo rješenje, a istraživači istražuju i toplinsko-kemijsko spremanje i neke druge tehnologije. Ipak, mogućnost CSP-a da pomogne vjetru i fotonaponu na način da su dulje na mreži još mora biti dodatno istražena simulacijama na razini elektroprivreda, pošto je ova NREL-ova studija koju su radili analitičari Paul Denholm i Mark Mehos samo preliminarna.
    www.obnovljivi.com
    Pročitano 1813 puta

    O nama

    Hrastović Inženjering d.o.o. od 2004. se razvija u specijaliziranu tvrtku za projektiranje i primjenu obnovljivih izvora energije. Osnova projektnog managementa održivog razvitka društva je povećanje energijske djelotvornosti klasičnih instalacija i zgrada te projektiranje novih hibridnih energijskih sustava sunčane arhitekture. Cijeli živi svijet pokreće i održava u postojanju stalni dotok Sunčeve energije, a primjenom transformacijskih tehnologija Sunce bi moglo zadovoljiti ukupne energetske potrebe društva.

    Kontakt info

    HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o.
    Kralja Tomislava 82.
    31417 Piškorevci
    Hrvatska

    E-mail: info@hrastovic-inzenjering.hr
    Fax: 031-815-006
    Mobitel: 099-221-6503
    © HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o. - design & hosting by Medialive