فروشگاه محتوای دیجیتال تیچیار | TEEACHYAR

نیروگاههای حرارتی خورشیدی

در این نیروگاهها با فناوریهای گوناگون از انرژی حرارتی ناشی از تابش خورشید برای تولید برق استفاده میشود.امروزه پنج نوع از این نیروگاه ها شناخته شده ­تر می باشند، که عبارتند از:

1) نیروگاههای خورشیدی هلیواستاتی (دریافت کننده مرکزی)

2) نیروگاهای با گردآورنده های سهموی دراز

3) برج های نیرو (دودکش خورشیدی)

4) نیروگاههای با استخر آب شور (استخر خورشیدی)

5) نیروگاههای با گردآورنده های بشقابی

میزان ظرفیت نصب شده نیروگاههای حرارتی خورشیدی در جهان، در مقیاس با نیروگاههای فتوولتاییک بسیار بیشتر است، به عنوان مثال نیروگاه با گردآورنده های سهموی دراز کالیفرنیا با ظرفیت 345 مگاوات، در مدت کارکرد 10 ساله ی خود، 5 تراوات ساعت انرژی الکتریکی به شبکه تحویل داده است، که 80% کل تولید بر خورشیدی دنیا تاکنون است. نیروگاههایی که با فناوریهای دریافت کننده مرکزی و گردآورنده های بشقابی- موتورهای استرلینگ نصب شده اند، دارای بازدهی متعادل 15- 25% برای تبدیل انرژی خورشیدی به برق می باشند. نیروگاههای دودکش و استخر خورشیدی، به دلیل کارکرد قابل اطمینان و نصب ساده قسمتهای اصلی آنها، بخصوص برای کشورهای درحال توسعه، مناسب به نظر می رسند. در نیروگاههای حرارتی – خورشیدی نیز به دلیل تغییرات طبیعی انرژی خورشیدی امکان تولید برق مستمر و بدون وقفه برای مصرف کنندگان،با محدودیت هایی زیادی روبرو است. این محدودیتها با در نظر گرفتن سیستم پشتیبان وسیستم ذخیره ساز انرژی گرمایی قابل حل است. برای تامین بدون وقفه برق مصرف کنندگان، امکان پیوند سیستم پشتیبان سوخت فسیلی با چرخه نیروگاههای حرارتی- خورشیدی از نوع گردآورند های سهموی دراز، هلیو­استانی و گردآورنده ای بشقابی وجود دارد. نیروگاههای خورشیدی از نوع دودکش خورشیدی و اسنخر خورشیدی به یک سیستم پشتیبانی مجزا (جدا از چرخه ی خود) نیاز دارند. برای پاسخ سریع به تغییرات طبیعی انرژی خورشیدی، سیستمهای پشتیبانی فقط از نفت یا گاز طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کنند. تاکنون چندین نوع ذخیره ساز انرزی گرمایی برای نیروگاههای خورشیدی با گردآورنده های سهموی دراز و هلیواستاتی که امکان تأمین برق را برای 12 ساعت با ظرفیت کامل دارند، ساخته شده است. استخر خورشیدی تا حدود 24 ساعت و دودکش خورشیدی تا حدود یک ساعت انرژی را به طور طبیعی ذخیره می کنند. در نیروگاههای حرارتی- خورشیدی از نوع بشقابی- موتور استرلینگ ذخیره سازی با استفاده از باتریهای الکترو شیمیایی امکان پذیر است.

نیروگاههای خورشیدی هلیواستاتی (دریافت کننده مرکزی)

در این نیروگاهها، هلیواستاتها (آینه های مسطح و متحرک تعقیب کننده خورشید) با تعداد زیاد، نور خورشید را بر روی یک دریافت کننده مرکزی که بر بالای برج بلندی نصب شده است، منعکس و متمرکز می کنند. این دریافت کننده، انرژی خورشید را به انرژی حرارتی تبدیل می کند و حرارت ایجاد شده را به سیالی که در آن جریان دارد، انتقال می دهد ( شکل 1 ).

 

 

( شکل 1 ): تمرکز حرارت خورشیدی در یک نیروگاه هلیواستاتی

سیال پس از دریافت گرما، یا خود تبدیل به بخار می گردد و در یک سیکل رانکین تولید برق می نماید و برای تولید انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می دهد. در این نیروگاهها، تنها تابش مستقیم خورشید قابل استفاده است، زیرا تابش های پراکنده قابل متمرکز کردن نمی باشند. بدین دلیل احداث چنین نیروگاههایی در مکانهایی که دارای سهم بسیاری از تابش خورشید می باشند، پیشنهاد می گردد. ضریب تمرکز تابش خورشید در این نیروگاهها بین 100 تا 10000 می باشد و درجه حرارتهایی تا 1000 درجه سانتیگراد در دریافت کننده مرکزی حاصل می گردد. برای افزایش میزان انرژی الکتریکی تولیدی در این نیروگاهها معمولا یک سیستمم ذخیره گرمایی مورد استفاده قرار می گیرد. پیوند یک سیستم پشتیبان با سوخت نفت یا گاز طبیعی به نیروگاهها معمولا یک سیستم ذخیره گرمایی مورد استفاده قرار می گیرد. پیوند یک سیستم پشتیبان با سوخت نفت یا گاز طبیعی به نیروگاه خورشیدی هلیواستاتی نیز به عنوان یک راهکار برای تولید مستمر و بدون وقفه برق امکان پذیر است.

از مزایای شیوه تولید دریافت کننده مرکزی توان مواردی نظیر بازدهی نسبتا بالای نیروگاه، دمای بالای بخار تولید شده، پیوند ساده با سیستم پشتیبان سوخت نفت یا گاز طبیعی، توان تولید بالا، امکان تولید انبوه قطعات خورشیدی مشابه، فرآیند ساده کاری و قابلیت تولید همزمان گرما و برق برشمرد و از معایب آن می توان از اتلاف های انرژی گرمایی، بازدهی نسبتا کم در سیستمهای پیوندی با سوخت فسیلی، نیاز به پایه های بسیار بادوام برای آینه ها، ضرورت نصب سیستم ردیاب خورشیدی و نیاز به آب در پروسه نیروگاهی و نیز برای تمیز کردن آینه ها نام برده در نیروگاههای هلیواستاتی، تعداد هلیولستاتها می توان تا چندین هزار نیز برسد. البته به دلیل فاصله بسیار زیاد میان هلیواستاتهای انتهایی های نیروگاه و دریافت کننده مرکزی، حداکثر توان نامی چنین نیروگاهی هلیواستاتی را در کنار یکدیگر احداث نمود. شکل (2) نمایی از یک مجموعه نیروگاهی هلیواستاتی، را نمایش می دهد.

 

 

شکل (2): نمایی از یک مجموعه نیروگاهی هلیواستاتی

 

در جدول (1) مشخصات مهمترین نیروگاههای هلیواستاتی احداث شده در دنیا، آورده شده است. یکی از تجربه های موفق نیروگاههای هلیواستاتی در جهان، نیروگاه 10 مگاواتی Solar-2 واقع در Barstow در ایالت کالیفرنیای آمریکا است. تعداد هلیواستاتهای این نیروگاه برابر 1818 عدد سطح هر هلیواستات آن معادل 40 m2 و بازدهی کل آن برابر 13% می باشد. شکل (3) نمایی از نیروگاه Solar-2 را نمایش می دهد.

 

جدول (1): مشخصات مهمترین نیروگاههای هلیواستانی احداث شده در دنیا

نام نیروگاه	محل نیروگاه	توان نامی [MW]	شکل میدان هلیواستاتها	سال شروع بهره برداری
Solar-1	کالیفرنیا	10	احاطه ای	1976
Solar-2	کالیفرنیا	10	احاطه ای	1982
THEMIS	فرانسه	5/2	شمالی	1982
CESA-1	اسپانیا	1	شمالی	1983
IEA/SSPS	اسپانیا	5/0	شمالی	1981
Sunshine	ژاپن	1	احاطه ای	1981
Eurelios	ایتالیا	1	احاطه ای	1981
SES-5	اوکراین	5	احاطه ای	1981

 

 

شکل (3) نمایی از نیروگاه با میدان احاطه ای Solar-2 واقع در کالیفرنیا

 

 

شکل (4) نمایی از نیروگاه با میدان شمالی واقع درکشور اسپانیا را نمایش می دهد.

شکل (4) نمایی از نیروگاه با میدان شمالی CESA-1واقع در اسپانیا

 

 

سیستمهای تولید برق

با توجه به نوع سیال جاری در دریافت کننده مرکزی، در مجموع چند سیستم تولید برق با فن آوری های مختلف برای استفاده در نیروگاههای خورشیدی هلیواستاتی وجود دارند که عبارتند از:

الف) هوا به عنوان سیال دریافت کننده مرکزی:در این سیستم هوا پس از دریافت گرما در دریافتکننده مرکزی، می تواند خود به عنوان شاره کارکن مورد استفاده قرار گیرد و با ورود پر فشار خود به توربین گازی وانبساط در آن، توربین را به گردش درآورد و در ژنراتور کوپل شده به توربین تولید برق نماید همچنین می توان با بازیافت حرارت گاز خروجی از اگزوز توربین گازی،اقدام به تولید بخار و در نهایت تولید برق در یک واحد نیروگاههای بخاری نمود. شکل (5) دیاگرام کاری یک نیروگاه سیکل ترکیبی را که انرژی حرارتی مورد نیاز آن، توسط هوای گرم شده در دریافت کننده مرکزی تامین می شود، نمایش میدهد.

 

 

شکل (5) دیاگرام کاری یک نیروگاه سیکل ترکیبی هلیواستاتی با سیکل هوا

در ضمن می توان با انتقال حرارت هوای گرم در یک مبدل حرارتی به شاره کارکن آب، در یک چرخه رانکین تولید برق نمود. نمونه چنین نیروگاهی، نیروگاه 10 مگاواتی PS10 واقع در 15 کیلومتری غرب شهر سویل اسپانیا است. شکل (6) دیاگرام نیروگاه هلیواستاتی با سیکل هوا PS10را نمایش می دهد. در این نیروگاه 981 هلیواستات که هرکدام دارای 91 متر مربع مساحت دارند، در یک میدان شمالی نور خورشید را به سمت یک دریافت کننده مرکزی که دارای ظرفیت حرارتی معادل 50 مگاوات و سطح 173 متر مربع می باشد و در بالای برجی به ارتفاع 90 متر مربع قرار گرفته است، منعکس می نمایند. این نیروگاه دارای یک مخزن ذخیره حرارتی با قابلیت ذخیره انرژی گرمایی معادل 33 مگاوات ساعت است، تا در مواقع ابری بودن هوا و یا در شب ها، انرژی گرمایی مورد نیاز پروسه نیروگاهی را فراهم آورد.

 

 

شکل (6) دیاگرام کاری یک نیروگاه بخاری هلیواستاتی با سیکل هوا PS10

 

ب) آب به عنوان سیال دریافت کننده مرکزی:در این سیستم، آب تحت فشار حدود 100 بار و درجهحرارت 500 درجه سانتیگراد در دریافت کننده مرکزی تبدیل به بخار داغ می گردد. بخار داغ به صورت مستقیم در توربین، که پایین برج نصب شده است، مورد استفاده قرار می گیرد و برق تولید می شود. مازاد انرژی حرارتی بخار داغ را می توان در سیستم حرارت برای مصارف بعدی ذخیره کرد، بدین ترتیب که حرارت بخار در تانکی پر از شن و سنگ به لوله روغن مخصوص حرارتی انتقال و در آن ذخیره می شود، تا نیروگاه بتواند در ساعت ابری و شبها به کار خود ادامه دهد. در ضمن سیستم ذخیره حرارت می توان مقداری حرارت برای سیستم های داخلی نیروگاه فراهم کند، تا راه­اندازی مجدد دستگاه ها سریعتر انجام شود.

پ)سدیم به عنوان سیال دریافت کننده مرکزی: در این سیستم، سدیم مایع تا حدود 620 درجه سانتیگراد در دریافت کننده مرکزی گرم می شود و گرمای آن در یک مبل حرارتی به شاره کارکن آب انتقال می یابد و شاره کارکن در یک چرخه رانکین تولید برق می نماید. قسمتی از انرژی حرارتی سدیم مایع را می توان در یک سیستم ذخیره حرارت برای مصارف بعدی ذخیره نمود. شکل (7) دیاگرام این نیروگاه را نشان می دهد.

 

 

 

شکل (7): دیاگرام یک نیروگاه هلیواستاتی با سیکل سدیم مایع

 

ت) نمک نیترات به عنوان سیال دریافت کننده مرکزی: در این سیستم ها از نمک نیترات مذاب به عنوان سیال انتقال حرارت در دریافت کننده مرکزی استفاده می شود. نمک نیترات دارای نقطه ذوب در حدود 220 درجه سانتی گراد می باشد نسبت به مایعات، نظیر آب و روغن، حرارت بیشتری را در خود نگه می دارد. در این نوع نیروگاهها، که به عنوان مثال می توان از نیروگاه Solar -2 نام برد، نمک تا حدود 566 درجه سانتی گراد داغ می گردد. پس از اینکه حرارت نمک برای فوق گرم کردن بخار در مبدل حرارتی گرفته شد، نمک با دمای حدود 288 درجه سانتیگراد در یک مخزن ذخیره می گردد تا در موقع مناسب به برج مرکزی فرستاده شود. استفاده از نمک نیترات دارای این مزیت می باشد، که نمک را می توان به صورت داغ در یک مخزن ذخیره کرد و در موقع نیاز از حرارت آن استفاده نمود. نمک داغ می تواند حرارت خود را تا 13 ساعت حفظ نماید.

 

اجزای اصلی نیروگاههای خورشیدی هلیواستاتی

نیروگاههای خورشیدی هلیواستاتی، علاوه بر اجزای مرتبط به سیکل رانکین و تولید انرژی الکتریکی، به طور کلی از چهار قسمت اصلی که شامل هلیواستاتها، دریافت کننده مرکزی، سیستم انتقال حرارت و سیستم ذخیره حرارت می باشند، تشکیل می گردند.

الف) هلیواستاتها:

هلیواستاتها، آینه های قابل کنترلی هستند که می توانند در تمام ساعات روز خورشید را دنبال کنند و با زاویه خاصی که هر کدام از آن ها با امتداد جهت اشعه خورشید دارند، تشعشع خورشید را به سمت دریافت کننده ثابت مرکزی در بالای برج منعکس کنند. این زاویه بستگی به زمان روز، طرز قرار گرفتن، فاصله و موقعیت هر هلیواستات نسبت به دریافت کننده مرکزی دارد. در شکل (8) نمای پشت یک میدان هلیواستاتی نمایش داده شده است.

 

 

شکل (8) : نمای پشت یک هلیواستات

 

هلیواستات ها به طور کلی از پنج قسمت عمده که شامل آینه ها، سازه ها، فونداسیون، سیستم محرک و سیستم کنترل کننده خورشیدی می باشد، تشکیل می گردند.

الف-1) آینه ها: آینه ها مهمترین بخش هلیواستاتها می باشند، که وظیفه انعکاس پرتوهای خورشید روی دریافت کننده مرکزی را بر عهده دارند. برای ساخت آینه باید سطحی در نظر گرفته شود که بتوان پوشش دهی به وسیله فلزات را بر پشت و یا روی آن انجام داد. آینه های یک هلیواستات به وسیله قاب فلزی روی سازه نگهداری کننده نصب می شوند و در قاب خود تا حدودی قابل تنظیم می باشند، تا بتوان تقعر کمی به سطح هلیواستات داد.

الف-2) سازه:وظیفه سازه ها نگهداری آینه ها می باشد. در ساخت هلیواستاتهای کوچک و متوسط از سازه هایی، که از یک ستون و چند تیر متقاطع تشکیل می شوند، استفاده می شود. این مدل سازه ها دارای قابلیت حرکت بسیار زیاد به منظور ردیابی خورشید توسط آینه ها می باشد. در هلیواستاتهای بزرگ برای نگهداری مجموعه آینه ها از یک ستون اصلی و خرپاهای فضایی استفاده می شود.

الف-3) فونداسیون: فونداسیون واسطه نصب هلیواستات به زمین می باشد، که معمولا از نوع بتونی است و حفره هایی دارد که ستون سازه درون آن قرار می گیرد.

الف-4) سیستم های محرک:به دلیل ضرورت تمرکز نور خورشید بر روی یک نقطه (دریافت کننده مرکزی)، می بایست حرکت هلیواستاتها در دو جهت افقی و عمودی امکان پذیر باشدو این امر توسط سیستم محرک هلیواستات صورت می پذیرد. علاوه بر لزوم ردیابی خورشید به مهمترین دلیل وجود سیستم حرکتی هلیواستاتها محسوب می شود، عوامل دیگری نظیر لزوم تغییر وضعیت آنهادر مواقع توفانی و بادهای شدید ضرورت وجود سیستم حرکتی را ایجاب می کند.

الف-5) سیستم کنترل کننده خورشیدی:برای بدست آوردن بازدهی بهتر در استفاده از انرژی خورشیدی باید هلیواستاتها تا حد امکان با ردیابی صحیح خورشید، بیشترین تشعشعات خورشیدی را به نیروگاهای حرارتی متداول برای تولید الکتریسیته نیاز می باشد، می بایست به دلیل حرکت دورانی زمین به طور خود و به دور خورشید سیستمی ایجاد گردد، تا ردیابی خورشید توسط هلیواستاتها در طول روز امکان پذیر باشد. سیستمهای کنترل کننده خورشیدی دارای انواع گوناگون می باشند که در ذیل برخی از آنها معرفی می گردند.

کنترل مکانیکی:در این سیستم، یک دیناموموتور متصل به یک گیربوکس محاسبه شده، متناسب با سرعت حرکت خورشید، موجب حرکت هلیواستاتها در جهت تعقیب خورشید می گردد. در هنگام شروع حرکت در صبح و پایان فعالیت در عصر یک دستگاه کنترل الکترونیکی در نظر گرفته می شود.

کنترل هیدروالکتریکی:در این روش کنترلی حرکت هلیواستاتها توسط یک سیلند هیدرولیکی انجام می پذیرد. در طول روز، مقداری روغن به میزان آن محاسبه شده است، به داخل سیلند پمپ می گردد و با فشاری که پمپ در سیلندر ایجاد می کند، هلیواستات در طول روز به آرامی بدنبال خورشید می گردد.

کنترل مرکزی توسط سیستم کامپیوتری: از این سیستم پرخرج، ولی مطمئن در اغلب نیروگاههای خورشیدی استفاده می شود. در این روش کنترلی برای هر آینه یک برنامه جداگانه به کامپیوتر داده می شود، بدین صورت که موقعیت جغرافیایی آینه (فاصله آن تا برج)، نسبت سایه اندازی هلیواستاتها بر روی یکدیگر و بعضی اطلاعات دیگر در اختیار کامپیوتر قرار می گیرد و سپس سیستم کنترل مرکزی برای هر هلیواستات یک برنامه گردشی سالیانه طرح ریزی می کند.

 

در جدول (2) اطلاعاتی در مورد برخی از هلیواستاتهای ساخته شده، آورده شده است.

 

جدول (2): مشخصات برخی از هلیواستات های متداول

نام نیروگاه و یا کارخانه سازنده	سطح منعکس کننده هلیواستات [m]	ابعاد هلیواستات [m]	تعداد قابها	ایعاد قاب [m]	تعداد آینه ها در هر قاب
Solar-1	3/39	5/6 x 4/7	12	8/2 x 2/1	------
THEMIS	7/53	10x 5/6	9	1/2 x 3	6
IEA/SSPS	6/39	5/6 x 4/7	12	8/2 x 2/1	------
CESA-1	3/39	5/6 x 4/7	12	8/2 x 2/1	------
Sunshine	16	4 x 4	16	1 x 1	1
SPP-5	25	5 x 5	15	8 x2/1	3
Boeing	6/45	2/6 x 6/7	12	3 x 2/1	1
Martin Marietta	4/57	1/8 x 6/7	10	6/3 x 5/1	2
Mc-Donnel douglas	8/56	6/8 x 7	14	2/1 x 3/3	1
ARCO	7/52	5/7 x 5/7	12	6/3 x 2/1	2

 

ب) دریافت کننده مرکزی

دریافت کننده مرکزی برای جمع کردن, جذب کردن و انتقال بیشترین مقدار انرژی دریافتی، به سیال انتقال دهنده حرارت طراحی می شود. دریافت کننده های مرکزی در بالای برج های بلندی قرار می گیرند و در معرض حداکثر جریانات انرژی تشعشعی که حدودا بین 300 تا 700 کیلووات بر متر مربع می باشد، قرار دارند. دیواره این دریافت کننده ها از یک سری لوله های موازی که در کنار هم قرار گرفته اند و در داخل آنها سیالی جریان دارد، تشکیل می شوند. انرژی خورشیدی به سطح خارجی لوله ها تابیده و انرژی جذب شده توسط لوله ها، به سیال داخل آن ها منتقل می شود. این لوله ها از قسمت فوقانی مسدود شده اند و در نتیجه انبساط حرارتی در قسمت پایین آنها اتفاق می افتد. شکل (9) نمایی از یک دریافت کننده مرکزی را نمایش می دهد.

 

 

شکل (9) نمایی از یک دریافت کننده مرکزی

 

به منظور افزایش مدت زمان بهره برداری از نیروگاه برای تولید انرژی الکتریکی، دریافت کننده مرکزی علاوه بر تامین انرژی حرارتی مورد نیاز پروسه نیروگاهی، انرژی مازاد خود در طول روز را به منبع ذخیره انرژی حرارتی منتقل می نماید. مجموع توان ورودی به پروسه نیروگاهی و منبع ذخیره در ساعت روز مرجع، ظرفیت حرارتی دریافت کننده را تشکیل می دهد. با تعیین ظرفیت حرارتی دریافت کننده می توان پارامترهای دیگر نیروگاه از قبیل مساحت سطح دریافت کننده، ارتفاع برج و مساحت هلیواستاتها را به دست آورد.

ب-1) ظرفیت حرارت دریافت کننده مرکزی: جهت تعیین ظرفیت حرارتی دریافت کننده، نیاز به اطلاعات مربوط به توان نامی نیروگاه P، بازدهی پروسه نیروگاهی، بازدهی سیستم انتقال سیال از دریافت کننده به توربین، ضریب خورشیدی و ظریب اطمینال k می باشد. با توجه به این اطلاعات ظرفیت حرارتی دریافت کننده از رابطه ذیل محاسبه می گردد.

به عنوان مثال چنانچه توان نامی نیروگاهی برابر 1 مگاوات، بازدهی پروسه نیروگاهی برابر 27 درصد، بازدهی سیستم انتقال سیال از دریافت کننده به توربین 99 درصد، ضریب خورشیدی 15/1 و ضریب اطمینان 20/1 باشد، ظرفیت دریافت کننده با توجه به رابطه فوق قابل محاسبه می باشد.

با در نظر گرفتن ضریب خورشیدی بالا در هنگام طراحی نیروگاه قابلیت ذخیره انرزی گرمایی در مخزن ذخیره بیشتر می گردد و در نتیجه تعداد ساعات کارکرد با تمام ظرفیت نیروگاه در سال افزایش می یابد. شماره (3) ظرفیت حرارتی دریافت کننده برخی از نیروگاهها، را نمایش می دهد.

 

جدول (3) ظرفیت حرارتی دریافت کننده برخی از نیروگاههای هلیواستاتی جهان

نام نیروگاه	توان نامی	بازدهی پروسه نیروگاهی	ضریب خورشیدی	ضریب اطمینان	توان محاسبه شده	ماکزیمم توان واقعی دریافت کننده
Solar-1	10	345/0	25/1	2/1	4/43	2/36
IEA/SSPS	5/0	272/0	11/1	39/1	84/2	04/2
CESA-1	2/1	27/0	93/1	---	677/7	5/8
EURELIOS	1	27/0	1	3/1	8/4	7/3
SUN SHINE	1	168/0	1	---	95/5	95/5
THEMIS	5/2	28/0	1	---	9	93/8

 

ب-2)پارامترهای موثر در تعیین حد ظرفیت حرارتی دریافت کننده:پارامترهای بسیاری در تغیین حد ظرفیت حرارتی دریافت کننده مرکزی موثر می باشند، که در ذیل به اختصار در مورد آن ها توضیح داده می شود.

طول لوله های دریافت کننده: یکی از عوامل محدودکننده ظرفیت حرارتی دریافت کننده، طول لوله های دریافت کننده می باشد، که نمی تواند از حداکثر 30 متر تجاوز نماید. این محدودیت باعث محدود نمودن قابلیت جذب دریافت کننده می گردد و تاثیر بسزایی در تعیین ظرفیت حرارتی دریافت کننده می گذارد.

سطح هلیواستاتها: این عامل نیز از عوامل محدودکننده ظرفیت حرارتی محسوب می گردد، زیرا با توجه به سطح هلیواستاتها، سطح فعال دریافت کننده و در نتیجه ظرفیت حرارتی آن مشخص می گردد.

نوع سیال: سیال های عامل دریافت کننده، با توجه به اینکه هرکدام دارای پارامترهای فیزیکی خاصی می باشند، شار حرارتی مجاز هریک از آنها نیز محدود است. در نتیجه این محدودیت، ابعاد دریافت کننده نیز محدود می گردد و بنابر این بر تعیین ظرفیت حرارتی دریافت کننده تاثیر می گذارد.

ساختار دریافت کننده: ساختار دریافت کننده نیز بر روی ظرفیت حرارتی آن تاثیر می گذارد، زیرا تلفات با توجه به ساختار هرکدام از دریافت کننده ها متفاوت می باشد.

ب-3)بازدهی دریافت کننده: نسبت انرژی جذب شده توسط دریافت کننده را به انرژی که توسط هلیواستاتها دریافت می گردند، را بازده دریافت کننده می گویند، که به عوامل زیر بستگی دارد.

تلفات هلیواستات: اشعه منعکس شده توسط هلیواستاتها ممکن است، به دلیل ناصافی سطح آینه ها، تاثیرات باد، گرد و غبار و یا خطا در ردیابی خورشید، بطور کامل به دریافت کننده نرسد و یا در خارج مکان دریافت کننده قرار بگیرد. معمولا در سیستم هایی که خوب طراحی شده اند، این تلفات کمتر از 5% می باشد.

تلفات انعکاس: عبارت است از انرژی پراکنده شده توسط سطح انتقل دهنده دریافت کننده، که آنرا می توان با رنگ زدن این سطوح توسط رنگهایی که قدرت جذب بالا دارند به حداقل رسانید.

تلفات انتقال یا جابه جایی:عبارت است از انرژی از دست رفته ای که از طریق بدنه دریافت کننده، به هوای اطراف منتقل می شود. این تلفات تابع درجه حرارت دریافت کننده می باشد.

تلفات تابش: عبارت از انرژی از دست رفته ای هست، که توسط اشعه مادون قرمز، از دریافت کننده به محیط برمی گردد. تلفات تابش نیز تابع درجه حرارت دریافت کننده می باشد.

تلفات هدایت: عبارت از انرژی از دست رفته داخلی بین اجزای سازه، عایقها و غیره است و این تلفات کم و معمولا کمتراز یک درصد می باشد.

بازدهی کل دریافت کننده ، با توجه به تلفات قید شده در فوق مطابق رابطه زیر محاسبه می گردد.

که در آن بازدهی هلیواستات، بازدهی انعکاس، تلفات انتقال برحسب وات بر متر مربع، تلفات تابش برحسب وات بر متر مربع، تلفات هدایت برحسب وات بر متر مربع، شدت تابش خورشید بر حسب وات بر متر مربع و C ضریب تمرکز میاشد.

 

در جدول (4) اطلاعاتی در مورد دریافت کننده های چند نیروگاه بزرگ آورده شده است.

 

جدول (4) : اطلاعاتی درزمینه دریافت کننده های چند نیروگاه بزرگ

نام نیروگاه	محل نیروگاه	سیال عامل دریافت کننده	ارتفاع برج [m]	بازدهی دریافت کننده [%]
Solar-1	کالیفرنیا	آب-بخار	90	69
THEMIS	فرانسه	نمک مذاب	80	89
CESA-1	اسپانیا	آب-بخار	82	90
IEA/SSPS	اسپانیا	سدیم مایع	43	88
Sunshine	ژاپن	آب-بخار	69	82
Eurelios	ایتالیا	نمک مذاب	55	87

 

چ) سیستم انتقال حرارت

سیستم انتقال حرارت از سیال انتقال دهنده حرارت، لوله کشی و دریافت کننده، لوله کشی بین دریافت کننده و تجهیزات تولید قدرت و پمپ ترکیب شده است. چهار نوع از سیالهای انتقال دهنده حرارت (سرد کننده اولیه) که هر کدام خصوصیات مربوط به خود را دارند و با توجه به مشخصات نیروگاهها، انتخاب می شوند عبارت از بخار آب، نمکهای مذاب (مانند مخلوط نمک نیتریت) و گازها (مانند هوا و هلیوم) می باشند، که در قبل در مورد آن ها بحث گردیده است.

 

د) سیستم ذخیره حرارتی

از آنجایی که شدت تابش خورشید به دلیل تغییرات ناگهانی هوا متغیر می باشد و در دوره هایی از روز نیز موجود نیست، وجود سیستم ذخیره حرارتی امری کاملا لازم وضروری است. اگرچه چندین سیستم ذخیره انرژی از نوع شیمیایی, الکتروشیمیایی، مکانیکی (مانند فشرده سازی هوا) وجو دارد، ولی ویژگیهای بیشتر نیروگاههای خورشیدی مانع از آن است که چنین سیستمهایی بطور موثر واقع شوندو در این نیروگاهها، با استفاده از تانکهای ذخیره سیال داغ، می توان تا حدودی انرژی حرارتی خورشید را ذخیره نمود.

اطلاعات پایه نیروگاههای هلیواستاتی

معیارهای مهم در انتخاب محل نیروگاه: در انتخاب محل مناسب برای نصب یک نیروگاه خورشیدی، علاوه بر فاکتورهای متداول در انتخاب محل برای یک واحد نیروگاهی بایستی نکات ویژه دیگری را نیز مدنظر داشت. بطور کلی پارامترهای مهم در انتخاب محل نیروگاه را می توان به دو دسته پارامترهای اساسی و پارامترهای محدود کننده تقسیم بندی کرد. عواملی نظیر میزان تابش آفتاب، تعداد روزهای آفتابی، کشش و نیاز منطقه به تولید برق، وجود خطوط و پستهای انتقال نیرو، مناسب بودن هزینه زمین، دسترسی به سوخت (در صورت تجهیز به سیستم پشتیبان) و دسترسی به آب مورد نیاز، پارامترهای اساسی در انتخاب محل برای نصب یک نیروگاه خورشیدی می باشند. امکانات مناسب در زمینه ساختمان سازی، دسترسی به پرسنل مورد نیاز، شرایط محیطی و اقلیمی و پارامترهایی نظیر آنها، پارامترهای محدودکننده در انتخاب محل مناسب برای نصب یک نیروگاه خورشیدی محسوب می شوند.

ادامه در بخش دوم:

نیروگاههای حرارتی خورشیدی - گردآوری سیاوش عزیزی - بخش دوم

 

 

 

گردآوری سیاوش عزیزی