除了光伏太阳能和风能外,还有另一种可再生技术利用我们的主要能源,太阳,发电:太阳能热电,热摩尔或浓缩太阳能。它的操作原理基于使用将太阳辐射集中以获得蒸汽的镜子的使用,然后将其针对涡轮机的叶片,从而移动它们并因此产生电力。从这个意义上讲,它类似于化石燃料或基于铀的技术,因为它的作用是移动发电机的涡轮机,但没有燃烧气体或裂变铀。
这项技术被称为集中太阳能(CSP),该技术能够在拥有极佳的直接太阳能资源的地区,每周7天,每周7天,每天24小时,每天24小时可提供灵活的可再生能源。本文介绍了该技术的主要特征。
CSP的简短历史
使用镜子浓缩太阳辐射以加热给定物体或流体的想法并不新。希腊科学家阿基米德(Archimedes)在公元前212年,使用青铜盾牌的反射性特性烧毁了塞拉丘兹的罗马船只。在第二次匿名战争中。尽管对这个独特故事的真实性有疑问,但随后经历了这种经验,证明了集中阳光以产生热量的有效性。下图显示了佛罗伦萨Ufizzi Gallery的一幅绘画,说明阿基米德所谓的装置:
壁画(Giulio Parigi,1600年)描绘了阿基米德(Archimedes)建造的巨大的青铜镜,以反映罗马船上的太阳射线,围着锡拉丘兹(Syracuse),将它们着火。Stanzino Delle Matematiche,Uffizi Gallery(意大利佛罗伦萨)
尽管1980年代建造了第一批现代商业CSP工厂,但该技术的历史悠久,可以追溯到19世纪后期,当时它被用来为第一台太阳能蒸汽机供电。鉴于MENA地区有出色的太阳资源,1912年在开罗(埃及)附近安装了第一个抛物线槽系统并不奇怪。该系统旨在为提供2,000平方米/h的水进行灌溉的泵产生蒸汽。应当指出的是,即使在1912年,CSP植物技术在区域性竞争中具有燃煤蒸汽发电设施的竞争力。
在《纽约时报》上为第一个CSP抛物线槽发电厂的广告。该系统是由美国发明家弗兰克·舒曼(Frank Shuman)创建的
1970年代,当美国成为净能源进口商时,总统理查德·尼克松(Richard M. Nixon)成立了几个研究小组,以研究新的可再生技术的潜力,使美国能源再次独立。1972年,联邦科学技术委员会得出结论,到2020年,产生太阳能热力的技术可以提供该国20%的能源需求。鉴于当时太阳能光伏技术的过高成本,可以假定所有太阳能能源将是热的。1973年石油危机之后,美国联邦CSP研究预算增加了两倍。但是,随着1980年代石油价格下跌,里根时代的预算削减了研发,该行业停滞不前,直到2000年代初。
在本世纪初,在西班牙发表了著名的皇家法令661/2007慷慨的电力生产慷慨的溢价,鼓励开发商启动CSP项目,使西班牙在安装容量的方面成为该技术的世界领导者),今天仍然存在的职位。尽管如此,当这些保费在2008 - 2010年削减时,新项目的部署停滞不前,就CSP技术而言,这种情况从那时起并没有发生很大变化。
CSP植物的基本面
如上所述,CSP植物是基于将直接辐射从太阳辐射到充满液体(通常是热油或熔点盐的接收器)的镜子的使用。这种称为传热液的流体将热量传递到用于产生蒸汽的交换器中。然后按照类似于常规的热电厂中使用的程序,将蒸汽在压力下向涡轮机进行,以移动其叶片并产生电能。从广义上讲,CSP工厂由三个主要单元组成:
太阳能收集器是反映阳光并将其集中在特定焦点上的镜子,将太阳能转换为热能。
通过水蒸气或熔融盐储存热量的方法。
电力发电机,该发电机通过蒸汽驱动的涡轮发电,这是从太阳辐射转换为热量的。
CSP植物分为四种主要类型:线性抛物线槽浓缩器,菲涅耳透镜浓度,塔浓度和抛物线镜集中器(Stirling Comporators)stirling浓度器。以下显示了这四个,其基本原理在下一段中简要介绍:
从上到下以及从左到右的四种太阳能热电厂类型:线性集中器;菲涅耳镜;抛物线镜和塔浓缩器
- 线性集中器:它们的操作是基于使用针对太阳的U形弯曲的矩形镜来捕获太阳的能量;他们收集光,并将其集中在沿镜子焦线上的镜子平行的试管中。反射的阳光加热了通过管子循环的液体。然后,该流体用于在产生电力的常规涡轮发电机中产生蒸汽。
- 菲涅耳镜:像以前的镜子一样,接收器管位于几个镜子上方,这些镜子位于不同角度,以便它们都将太阳辐射重定向到管。
- 抛物面镜:它们使用了类似于卫星电视卫星菜肴中使用的菜肴的圆形镜子。磁盘的表面接收阳光,并通过将其集中在热接收器上,从而将其重定向,该接收器吸收并收集热量并将其转移到活塞发动机上,类似于内燃机的活塞。该系统使用接收器加热的流体将运动活塞移动并将热能转化为机械能。随后,机械能用于驱动发电机发电。
- 塔浓缩器:他们使用一个称为HelioStats的大型平面镜,将阳光集中在塔顶上的接收器上(本文开头的图像显示了这些太阳能收集器的领域)。将液体加热在接收器中,并用于产生蒸汽,而蒸汽又在传统的涡轮发电机中使用,以产生电力。一些塔使用水作为流体,而其他高级设计由于其出色的储热能力,正在尝试使用熔融硝酸盐盐进行实验。
在即将发表的文章中,我将描述这项技术及其在当今世界上的部署的利弊。
IgnacioMártil
马德里大学的电子学教授和西班牙皇家物理学会的成员
这本书的作者?opergíasolar:de lautopíaa la esperanza(análisisycrítica)