Solar Power Tower

Solarturm - Kraftwerk. In Solarkraftwerken werden Spiegel mit Sonnenlicht konzentriert und in Wärmeenergie umgewandelt. Mit diesem Verfahren lassen sich Temperaturen von über 1000 Grad Celsius erreichen, die unter anderem zur Stromerzeugung genutzt werden können.

Solarenergie Türme erzeugen elektrische Energie aus Sonnenlicht durchkonzentrierte Sonnenstrahlung auf einen am Turm montierten Wärmetauscher (Empfänger) fokussieren. Das System verwendet hunderte bis tausende von Sonnenverfolgungsspiegeln, Heliostaten genannt, um das einfallende Sonnenlicht auf den Empfänger zu reflektieren. Diese Anlagen eignen sich am besten für Anwendungen im Energiebereich von 30 bis 400 MWe. In einem Solarturm mit geschmolzenem Salz wird flüssiges Salz bei 290 ° C (554 ° F) aus einem „kalten“ Lagertank durch den Receiver gepumpt, wo es auf 565 ° C (1,049 ° F) erhitzt wird, und anschließend in einen „heißen“ Tank zur Lagerung gebracht.

Wenn Strom aus der Anlage benötigt wird, wird heißes Salz zu Dampf gepumpt Erzeugungssystem das erzeugt überhitzten Dampf für einenkonventionelles Rankinecycle-Turbinen- / Generatorsystem. Von dem Dampferzeuger wird das Salz in den kalten Tank zurückgeführt, wo es gespeichert und schließlich in der Vorlage erneut erhitzt wird.

Abbildung 1 ist ein schematisches Diagramm der Hauptströmungspfade in einem Salzwasserkraftwerk.

Das Optimum bestimmen Speichergröße Die Erfüllung der Power-Dispatch-Anforderungen ist ein wichtiger Teil des Systementwurfs. Speicher können so ausgelegt werden, dass eine Turbine mit voller Leistung bis zu 13 Stunden mit Strom versorgt werden kann.

Solarturm-Konfiguration

Abbildung 1. Schematische Darstellung des Power Tower-Systems in geschmolzenem Salz (Solar Two, Baseline-Konfiguration).

Das Heliostatfeld, das den Turm umgibt, istausgelegt, um die Jahresleistung der Anlage zu optimieren. Das Feld und der Empfänger werden ebenfalls abhängig von den Anforderungen des Dienstprogramms dimensioniert. In einer typischen Installation erfolgt die Sammlung von Sonnenenergie mit einer Geschwindigkeit, die die maximal erforderliche Dampfmenge für die Turbine übersteigt.

Mit einem solaren Vielfachen von etwa 2.7, ein Turm aus geschmolzenem Salz in der kalifornischen Mojave-Wüste kann für einen jährlichen Kapazitätsfaktor von etwa 65% ausgelegt werden. (Basierend auf Simulationen in Sandia National Laboratories mit dem Computercode SOLERGY [1].) Folglich könnte ein Power Tower möglicherweise 65% des Jahres ohne die Verwendung einer Ersatzbrennstoffquelle betrieben werden. Ohne Energiespeicherung sind Solartechnologien auf jährliche Kapazitätsfaktoren nahe 25% beschränkt.

Die Versandbarkeit von Elektrizität aus einemDer geschmolzene Salzkraftturm ist in Abbildung 2 dargestellt, in der die Lastverteilungsfähigkeit für einen typischen Tag in Südkalifornien dargestellt ist. Die Abbildung zeigt die Sonnenintensität, die im heißen Tank gespeicherte Energie und die elektrische Ausgangsleistung als Funktion der Tageszeit. In diesem Beispiel fängt die Solaranlage kurz nach Sonnenaufgang an, thermische Energie zu sammeln, speichert sie im heißen Tank und sammelt den ganzen Tag über Energie im Tank. Als Reaktion auf eine Spitzenlastanforderung des Netzes wird die Turbine um 13:00 Uhr in Betrieb genommen und erzeugt bis 23:00 Uhr Strom.

Abbildung 2. Lieferbarkeit von Salztürmen aus geschmolzenem Salz

Aufgrund des Speichers wird die Ausgangsleistung vomDer Turbinengenerator bleibt durch Schwankungen der Sonnenintensität konstant, bis die gesamte im heißen Tank gespeicherte Energie aufgebraucht ist. Energiespeicherung und -verteilbarkeit sind sehr wichtig für den Erfolg der Solar Power Tower-Technologie. Salzschmelze gilt als der Schlüssel zu einer kostengünstigen Energiespeicherung.

Krafttürme müssen groß sein, um wirtschaftlich zu sein. Power Tower-Anlagen sind nicht modular aufgebaut und können nicht in kleineren Baugrößen von Schalen- / Stirling- oder Trow-Electric-Anlagen gebaut werden und sind wirtschaftlich wettbewerbsfähig. Sie verwenden jedoch einen konventionellen Powerblock und können bei verfügbarer Lagerung problemlos Strom liefern.

In den Vereinigten Staaten ist der Südwesten ideal fürStromtürme wegen ihrer reichlich hohen Sonneneinstrahlung und relativ niedrigen Landkosten. Ähnliche Standorte in Nordafrika, Mexiko, Südamerika, dem Nahen Osten und Indien eignen sich auch für Power Tower.

Vorteile des Systems - Energiespeicherung

Die Verfügbarkeit eines kostengünstigen und effizienten Energiespeichersystems kann Stromtürmen einen Wettbewerbsvorteil verschaffen.

Tabelle 2 bietet einen Vergleich der vorhergesagten Kosten, der Leistung und der Lebensdauer von Solarthermie-Speichertechnologien für hypothetische 200 MW-Anlagen [5,6].

Thermische Energiespeicherung im Power Tower ermöglichtStrom, der bei hohem Strombedarf an das Netz abgegeben werden muss, wodurch der Geldwert des Stroms steigt. Ähnlich wie bei Wasserkraftwerken werden Krafttürme mit Salzspeicher eher als abrufbares Kraftwerk als als intermittierendes Kraftwerk für erneuerbare Energien angesehen.

Zum Beispiel Southern California Edison Companygibt einem Kraftwerk eine Kapazitätszahlung, wenn es in der Lage ist, die Anforderungen an die Versandbarkeit zu erfüllen: einen Kapazitätsfaktor von 80% von Mittag bis 18:00 Uhr von Montag bis Freitag von Juni bis September.

Während der künftig deregulierte Markt diesen Wert möglicherweise anders erkennt, wird die während der Spitzenzeiten gelieferte Energie sicherlich wertvoller sein.

Abgesehen davon, dass die Energie ausschaltbar ist, ist sie thermischSpeicher gibt dem Kraftwerksdesigner auch die Freiheit, Kraftwerke mit einer Vielzahl von Kapazitätsfaktoren zu entwickeln, um die Anforderungen des öffentlichen Stromnetzes zu erfüllen. Durch Variation der Größe des Solarfelds, des Solarempfängers und der Größe des Wärmespeichers können Anlagen mit jährlichen Kapazitätsfaktoren zwischen 20 und 65% ausgelegt werden (siehe Abbildung 6).

Wirtschaftliche Studien haben gezeigt, dass sich die Energie einpendeltDie Kosten werden durch Hinzufügen von mehr Speicher bis zu einer Grenze von etwa 13 Stunden (~ 65% Kapazitätsfaktor) reduziert. Es stimmt zwar, dass die Lagerung die Kosten der Anlage erhöht, es stimmt jedoch auch, dass Anlagen mit höheren Kapazitätsfaktoren eine bessere wirtschaftliche Auslastung der Turbine und andere Anlagenausrüstungen aufweisen.

Da die Salzspeicherung kostengünstig ist, kompensieren LEC-Reduzierungen aufgrund der erhöhten Auslastung der Turbine die erhöhten Kosten aufgrund der zusätzlichen Lagerung.

Abbildung 6. In einem Solarturm kann das Anlagendesign geändert werden, um unterschiedliche Kapazitätsfaktoren zu erreichen.

Um den Kapazitätsfaktor für eine bestimmte Turbine zu erhöhenGröße würde der Designer (1) die Anzahl der Heliostaten erhöhen, (2) die Wärmespeichertanks vergrößern, (3) den Turm anheben und (4) die Abmessungen des Empfängers erhöhen.