Солнечная объяснила Солнечные тепловые электростанции
Кроме того, в Энергия и окружающая среда объяснили
Кроме того, в Описание нефти и нефтепродуктов
Кроме того, в Бензин объяснил
Кроме того, в Дизельное топливо объяснил
Кроме того, в Объяснение мазута
Кроме того, в Объяснение углеводородных газообразных жидкостей
Кроме того, в Объяснение природного газа
Кроме того, в Уголь объяснил
Кроме того, в Ядерное объяснение
Кроме того, в Объяснение возобновляемых источников энергии
Кроме того, в Гидроэнергетика объяснила
Кроме того, в Объяснение биомассы
Кроме того, в Биотопливо объяснил
Кроме того, в Ветер объяснил
Кроме того, в Геотермальное объяснение
Кроме того, в Солнечное объяснение
Кроме того, в Электричество объяснил
Кроме того, в Водород объяснил
Солнечные тепловые энергетические системы используют концентрированную солнечную энергию
Системы солнечной тепловой энергии/электрогенерации собирают и концентрируют солнечный свет для производства высокотемпературного тепла, необходимого для выработки электроэнергии. Все солнечные тепловые энергетические системы имеют коллекторы солнечной энергии с двумя основными компонентами: отражатели (зеркала), которые улавливают и фокусируют солнечный свет на получатель. В большинстве типов систем теплоноситель нагревается и циркулирует в ресивере и используется для производства пара. Пар преобразуется в механическую энергию в турбине, которая приводит в действие генератор для производства электроэнергии. Солнечные тепловые энергетические системы имеют системы слежения, которые фокусируют солнечный свет на приемнике в течение дня, когда солнце меняет положение на небе. Солнечные тепловые электростанции обычно имеют большое поле или массив коллекторов, которые подают тепло на турбину и генератор. Несколько солнечных тепловых электростанций в Соединенных Штатах имеют две или более солнечных электростанций с отдельными батареями и генераторами.
Солнечные тепловые энергосистемы могут также иметь компонент системы накопления тепловой энергии, который позволяет системе солнечного коллектора нагревать систему хранения энергии в течение дня, а тепло от системы хранения используется для производства электроэнергии в вечернее время или в пасмурную погоду. Солнечные тепловые электростанции также могут быть гибридными системами, которые используют другие виды топлива (обычно природный газ) для дополнения энергии солнца в периоды низкой солнечной радиации.
Типы концентрирующих солнечных тепловых электростанций
Существует три основных типа концентрирующих солнечных теплоэнергетических систем:
-
, which include parabolic troughs and linear Fresnel reflectors
Линейные обогатительные системы
Линейные концентрирующие системы собирают солнечную энергию с помощью длинных, прямоугольных, изогнутых (U-образных) зеркал. Зеркала фокусируют солнечный свет на приемники (трубки), которые проходят по всей длине зеркал. Концентрированный солнечный свет нагревает жидкость, протекающую по трубкам. Жидкость направляется в теплообменник для кипячения воды в обычном паротурбинном генераторе для производства электроэнергии. Существует два основных типа систем линейных концентраторов: системы с параболическими желобами, в которых приемные трубки располагаются вдоль фокальной линии каждого параболического зеркала, и системы с линейными рефлекторами Френеля, в которых одна приемная трубка располагается над несколькими зеркалами, что обеспечивает большую подвижность зеркал. слежение за солнцем.
Линейная обогатительно-коллекторная электростанция имеет большое количество, или поле, коллекторов в параллельных рядах, которые обычно ориентированы с севера на юг, чтобы максимизировать сбор солнечной энергии. Эта конфигурация позволяет зеркалам отслеживать движение солнца с востока на запад в течение дня и непрерывно концентрировать солнечный свет на приемных трубках.
Параболические желоба
Параболический лотковый коллектор имеет длинный отражатель параболической формы, который фокусирует солнечные лучи на приемной трубе, расположенной в фокусе параболы. Коллектор наклоняется вместе с солнцем, чтобы солнечный свет фокусировался на приемнике, когда солнце движется с востока на запад в течение дня.
Из-за своей параболической формы желоб может фокусировать солнечный свет с интенсивностью от 30 до 100 раз больше его нормальной интенсивности (коэффициент концентрации) на приемной трубе, расположенной вдоль фокальной линии желоба, достигая рабочих температур выше 750°F.
Параболо-корневая силовая установка
Источник: Стоковая фотография (авторское право)
Линейные концентрирующие системы с параболическим желобом используются в одной из самых продолжительных в мире солнечных тепловых электростанций — системе генерации солнечной энергии (SEGS), расположенной в пустыне Мохаве в Калифорнии. Со временем на объекте было девять отдельных заводов: первый завод в системе, SEGS I, работал с 1984 по 2015 год, а второй, SEGS II, работал с 1985 по 2015 год. SEGS III–VII (3–7), каждая с чистой летней электрической мощностью 36 мегаватт (МВт) была введена в эксплуатацию в 1986, 1987 и 1988 годах. SEGS VIII (8) и IX (9), каждая с чистой летней электрической мощностью 88 МВт, начали работу в 1989 и 1990 соответственно. Все SEGS 3, 4, 5, 6, 7 и 8 прекратили работу в 2021 году, и по состоянию на 9 декабря 31 года в эксплуатации осталась только SEGS 2021.
Помимо SEGS 9, другие солнечные теплоэлектростанции с параболическими желобами, работающие в Соединенных Штатах по состоянию на декабрь 2021 года, а также их чистая летняя электрическая мощность, местоположение и год первоначальной эксплуатации:
- Генераторная станция Солана: двухэлектростанция мощностью 296 МВт с накопителем энергии в Гила-Бенд, штат Аризона, которая начала работать в 2013 году.
- Проект Mojave Solar: установка с двумя электростанциями мощностью 275 МВт в Барстоу, Калифорния, которая начала работать в 2014 году.
- Проект Genesis Solar Energy: установка с двумя электростанциями мощностью 250 МВт в Блайте, Калифорния, которая начала работать в 2013 и 2014 годах.
- Nevada Solar One: электростанция мощностью 69 МВт недалеко от Боулдер-Сити, штат Невада, которая начала работать в 2007 году.
Линейные отражатели Френеля
Системы с линейным отражателем Френеля (LFR) аналогичны системам с параболическими желобами в том, что зеркала (отражатели) концентрируют солнечный свет на приемнике, расположенном над зеркалами. В этих отражателях используется эффект линзы Френеля, что позволяет использовать концентрирующее зеркало с большой апертурой и коротким фокусным расстоянием. Эти системы способны концентрировать солнечную энергию примерно в 30 раз больше ее нормальной интенсивности. Компактные линейные отражатели Френеля (CLFR), также называемые концентрирующими линейными отражателями Френеля, представляют собой тип технологии LFR, в которой несколько поглотителей находятся рядом с зеркалами. Несколько приемников позволяют зеркалам изменять свой наклон, чтобы свести к минимуму то, насколько они блокируют доступ солнечного света к соседним отражателям. Такое расположение повышает эффективность системы и снижает потребность в материалах и затраты. Демонстрационная солнечная электростанция CLFR была построена недалеко от Бейкерсфилда, штат Калифорния, в 2008 году, но в настоящее время она не работает.
Солнечные энергетические башни
В системе солнечной электростанции используется большое поле плоских зеркал, отслеживающих солнце, называемых гелиостатами, для отражения и концентрации солнечного света на приемнике на вершине башни. Солнечный свет может быть сконцентрирован до 1,500 раз. В некоторых градирнях в качестве теплоносителя используется вода. Передовые разработки экспериментируют с расплавленной нитратной солью из-за ее превосходных возможностей теплопередачи и накопления энергии. Возможность накопления тепловой энергии позволяет системе производить электроэнергию в пасмурную погоду или ночью.
Министерство энергетики США вместе с несколькими электроэнергетическими компаниями построило и эксплуатировало первую демонстрационную башню солнечной энергии недалеко от Барстоу, Калифорния, в 1980-х и 1990-х годах. В 2021 году в Соединенных Штатах действовали две солнечные башни:
Примеры когенерации в разных отраслях
Когенерация — хорошо зарекомендовавшая себя технология производства электроэнергии, интерес к которой во всем мире возрождается.
Недавние разработки сделали инвестиции в систему когенерации легкой задачей для многих управляющих предприятиями, стремящихся сократить свои счета за электроэнергию и свести к минимуму углеродный след. Эти разработки включают улучшения в технологии когенерации, изменения в нормативно-правовой среде и государственные стимулы.
Системы когенерации распространены во многих секторах. К ним относятся больницы, дома престарелых, университеты и широкий спектр промышленных секторов, в которых задействованы энергоемкие процессы. Цементная, целлюлозно-бумажная, металлургическая и сталелитейная промышленность являются одними из таких промышленных секторов. Помимо этих традиционных вариантов использования когенерации, маломасштабная когенерация в последнее время стала привлекательным вариантом для небольших потребителей энергии. Это связано с усовершенствованием технологий теплообменника и двигателя. Эти более мелкие приложения включают теплицы, бассейны и офисные здания.
Чтобы максимизировать экономические выгоды от инвестиций в когенерационную систему, важно тщательно оценить энергетические потребности объекта и оценить все доступные варианты.
- Должна ли система когенерации покрывать все или часть потребностей объекта в электроэнергии?
- Можно ли продать лишнюю выработанную электроэнергию?
- Имеет ли смысл включать солнечные панели в инвестиции?
- Должно ли быть предусмотрено охлаждение? (Системы когенерации, которые также обеспечивают охлаждение, известны как системы тригенерации).
Выбор правильной конфигурации когенерации зависит от нахождения баланса между несколькими параметрами. Баланс, обеспечивающий наилучшие экономические показатели, максимизирующий налоговые льготы и льготы и учитывающий другие факторы. Другие соображения включают пространство для завода, экологические нормы, выбор топлива и потребность в надежности поставок.
Most paper mill operate a cogeneration power plant as an inherent component of the paper-making process. In an early step of the paper-making process, wood chips are cooked in a deviced known as a digester. Digester produce wood pulp, which is used in the subsequent steps of the process, and a black sticky substance known as black liquor. The black liquor is concentrated and then burnt in a recovery boiler, producing steam which is used in various steps of the overall process, including the digestors, as well as other components. The process usually produces enough black liquor that there is sufficient steam left after the needs of the process are met to also generate electricity. One specific aspect of the recovery process at paper mills is that black liquor combustion residues–the ashes, essentially–primarily consist of an inorganic chemical which is recycled in the digestor after treatment. This integrated cogeneration system is essential to the operation of most modern paper mills.
Примеры когенерации в школах, колледжах и университетах
Educational establishments lend themselves to cogeneration projects, as they require a significant amount of heat as well as electricity. Learning must take place in a comfortable environment, and that comfort costs money. Money that schools and universities could otherwise spend elsewhere; this makes savings on energy costs keenly sought. A typical example is Clark University, in Worcester, Massachusetts, where Cummins Inc. recently upgraded a cogeneration system.
Университет стремился свести к минимуму покупку электроэнергии у местной коммунальной службы. Университету нужна была новая газогенераторная установка, отвечающая последним нормам выбросов, и он должен был установить все на месте, занимаемом старым котлом. Компания Cummins поставила генератор C2000N6C мощностью 2 МВт QSV91G, работающий на обедненной смеси. Генератор обеспечивает электроэнергией и теплом весь кампус через существующую систему паровых туннелей.
Новый генератор может покрыть все потребности университета в электричестве и тепле. Университет также может экспортировать избыточную электроэнергию в энергосистему, что обеспечивает желанный приток доходов. Газогенератор Cummins QSV91G также оснащен средствами управления Cummins Power Command. Система управления позволяет университету сократить расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание за счет удаленного мониторинга производительности генератора.
Примеры когенерации в централизованном теплоснабжении
Скандинавия, Россия и Восточная Европа уже давно используют когенерацию в качестве средства обогрева многоквартирных домов в схемах централизованного теплоснабжения. Избыточное тепло от местных электростанций обеспечивает теплом окружающий населенный пункт через разветвленную сеть паропроводов. В более холодном климате горячую воду даже проложили под дорогами, чтобы зимой на них не было снега.
Когенерация является эффективным вариантом для многоквартирных жилых домов, где система отопления является коммунальной.
Схемы централизованного теплоснабжения остаются привлекательным вариантом и по сей день. Это эффективный способ уменьшить углеродный след целых районов.
Например, деловой район Хунцяо на западе Шанхая занимает площадь около 86 км2. Район является образцом жизни с низким уровнем выбросов углерода, в котором реализован масштабный проект когенерации. Площадь первого этапа проекта составляет 1.43 км 2 . Он удовлетворяет все потребности в отоплении, охлаждении и частично в электроснабжении района, в котором находится международный торговый центр и элитный деловой район.
В рамках этого проекта компания Cummins поставляет комплексное решение для энергоснабжения, основанное на восьми генераторных установках C1400N5C мощностью 1400 кВт QSK60G с низким уровнем шума, работающих на обедненной смеси; имеются также абсорбционные чиллеры и вспомогательные газовые котлы. Комбинированная модель охлаждения, обогрева и электропитания покроет всю нагрузку по охлаждению и отоплению делового района, а также часть его электрической нагрузки.
Примеры когенерации в больницах и домах престарелых
Больницы и дома престарелых являются крупными потребителями электроэнергии, отопления и охлаждения. Это делает их идеальными для когенерации. Кроме того, больницам необходимо резервное питание. Это связано с тем, что любое прерывание подачи электроэнергии может привести к гибели людей. Таким образом, производство электроэнергии на месте является важным фактором для всех больниц.
Резервная мощность может быть включена в схему когенерации. Это гарантирует, что больница может иметь наиболее экономичный вариант для удовлетворения своих потребностей в энергии. Кроме того, это также обеспечивает постоянную надежность источника питания. Сочетание общего и независимого электроснабжения является желательным вариантом для критически важных услуг, что упрощает отключение на техническое обслуживание.
Примером может служить Королевская детская больница Австралии; в этом проекте Cummins установила систему тригенерации. В этой системе генераторы природного газа обеспечивают электричество, отопление и охлаждение, а дизельные генераторы обеспечивают критическую резервную мощность. Система тригенерации обеспечивает базовую мощность, отопление и охлаждение через абсорбционный чиллер. Кроме того, сеть поставляет пиковую электроэнергию. В случае отключения электроэнергии дизельные генераторы могут работать в тандеме с газовыми генераторами, обеспечивая бесперебойную подачу электроэнергии.
Ключом к выбору была способность Cummins интегрировать генераторы, а не отдельные электрические системы. Как одна из самых экологичных больниц Австралии, снижение выбросов CO2 выбросы, присущие когенерации, также были основным фактором, определяющим технические характеристики системы.
Примеры когенерации на промышленных предприятиях
Доводы в пользу когенерации в промышленности веские, поскольку для многих промышленных процессов требуется пар и/или тепло. Кроме того, многие отрасли промышленности производят отработанные газы. Эти газы все чаще находятся в центре внимания природоохранного законодательства. Использование этих газов в качестве топлива для когенерационной установки является беспроигрышным решением.
Одним из таких примеров является Columbus Water Works, где биогаз, образующийся в качестве побочного продукта очистки сточных вод, использовался в качестве источника топлива для работы когенерационной установки. Компания Cummins установила две двухтопливные генераторные установки C1.75 N1750C QSV6 мощностью 91 МВт, работающие на обедненной смеси. Эти электрогенераторы могут работать как на биогазе, так и на природном газе, в зависимости от требований.
Аналогичным образом, на заводе по очистке сточных вод в Сиракузах, штат Юта, компания Cummins модернизировала газогенераторы и предоставила решение для когенерации. Новое решение устранило экологические проблемы, связанные со сжиганием газа на заводе. Система когенерации обеспечивала полезное тепло для варочных котлов и водяных нагревателей, работающих на объекте.
В других промышленных ситуациях надежность электроснабжения вызывает беспокойство. Это особенно применимо в развивающихся странах. Заводы, работающие на выполнение заказов, не могут позволить себе частые отключения из-за ненадежных местных сетей.
Компания Cummins установила систему тригенерации на заводе компании Nigerian Bottling Company для подачи пара, охлаждения и электричества. Система решила проблемы, связанные с частыми отключениями электроэнергии в сети. Компания по розливу также продает излишки электроэнергии местным коммунальным предприятиям. Кроме того, компания Cummins организовала поставку компримированного природного газа (КПГ) для работы генераторов, поскольку поблизости нет сети природного газа.
Interested to learn more about cogeneration? You might also like:
Технология когенерации подходит для широкого круга отраслей промышленности и объектов помимо описанных. К ним относятся почти любое крупное здание, требующее тепла в течение большей части года, и почти любая промышленность, нуждающаяся в тепле как части своего производственного процесса. Потенциал снижения затрат на топливо и электроэнергию делает эту технологию привлекательной для многих приложений.
