بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اینکه تولید برق توسط نیروگاههای حرارتی خورشیدی یکی از راه کارهای آینده خواهد بود، تلاشهای زیادی در جهت ابداع سیستم های جدید یا تغییر در روشهای پیشین انجام شده است. یکی از سیستم هایی که چشمانداز بسیار خوبی چه از نقطه نظر تکنولوژی و چه از نظر اقتصادی برای آن پیشبینی میشود بهره گیری از کلکتورهای سهموی خطی - PTC - میباشد در این مقاله به یکی از دست آوردهای این تحقیقات تحت عنوان تولید مستقیم بخار در کلکتورهای سهموی خطی اشاره شده است و تاثیر آن بر بازده و کاهش هزینه برق تولید شده به دلیل حذف روغن حرارت ی و مبدل روغن بخار، مشکلات موجود، و روشهای گوناگون بهرهگیری از این سیستم مورد بحث قرار گرفته و در پایان مزایای آن و برتری این روش نسبت به روشهای موجود در زمینه اقتصادی نمودن برق خورشیدی آورده شده است.
واژههای کلیدی: انرژی، نیروگاه خورشیدی، کلکتور سهموی خطی، بازده.
مقدمه
مسائل زیست محیطی و خطر پایانپذیری منابع فسیلی انرژی و از طرفی آلایندگی نیروگاههای اتمی، انسان را به سوی منابع جدیدی از انرژی سوق میدهند که مشکلات و معضلات منابع مذکور را نداشته باشند، در این میان بهرهگیری از انرژیهای تجدیدپذیر یکی از راه کارهای امیدوارکننده است که بهرهگیری از انرژی خورشید در زمره زبدهترین آنها میباشد. تولید الکتریسیته از انرژی خورشید مدت زمانی است که نظر دست اندرکاران بخش انرژی را به خود معطوف داشتهاند و به منظور بهرهگیری، گسترش و اقتصادی نمودن آن تلاشهای زیادی انجام شده و نتایج خوبی نیز به دست آمده است. یکی از برگزیدهترین روشهای تولید برق از خورشید احداث نیروگاههای حرارتی خورشیدی با بهرهگیری از کلکتورهای سهموی خطی - P.T.C - میباشد.
در این نیروگاه نخست در مزرعه کلکتورها روغن حرارتی را به عنوان سیال ثانوی سیکل به دمایی حدود 300 تا 400 درجه سانتیگراد میرسانند سپس این روغن گرمای خود را در یک مبدل حرارتی به بخار که سیال عامل سیکل قدرت میباشد منتقل مینماید و به این ترتیب گرمایش خورشید سبب چرخش توربین نیروگاه و تولید الکتریسته میشود. به سبب مفید بودن روش اخیر تحقیقات زیادی در زمینه بهینهسازی آن انجام پذیرفته که یکی از آنها تولید مستقیم بخار در مزرعه کلکتورها و حذف روغن و مبدل حرارتی میباشد. این امر نه تنها چشم اندازی روشن در جهت نزدیک شدن به الگوهای اقتصادی ارائه میکند بلکه با استفاده از این روش میتوان به دماهای بالاتری برای سیال عامل نیروگاه دست یافت که اقدامی در جهت افزایش بازده نیروگاه است.
مختصری درباره نیروگاه های حرارتی خورشیدی
میزان انرژی خورشیدی جهان در حدود ده هزار برابر مصرف انرژی بشر است ولی به دلیل مسائل فن آوری تمامی این انرژی قابل دسترسی نیست ولی با تمام مشکلات موجود انرژی خورشیدی به تنهایی قادر به تامین حدود % 40 از انرژی مورد نیاز بشر میباشد با این حال در وضعیت حاضر انرژی خورشیدی امکان کمی برای نفوذ، گسترش و رشد سریع دارد ولی پیشبینی میشود با توجه به محدودیت منابع سوختهای فسیلی، مسئله گازهای گلخانهای و لزوم حفظ شرایط استاندارد زیست محیطی، هزینههای خارجی سوختهای فسیلی، امکان استفاده از ذخایر فسیلی در صنایع با ارزش افزوده بالاتر مانند پتروشیمی و هم چنین کاهش هزینه تجهیزات مورد نیاز در نیروگاه های حرارتی خورشیدی با گذشت زمان، امکان گسترش آن در قرن آینده متحمل بوده و امری انکارناپذیر است. بنابر پیش بینی های به عمل آمده نیروگاه های حرارتی خورشیدی با توجه به نوع تکنولوژی به کار گرفته شده و چگونگی کارکرد سیستم خیلی زودتر از نیروگاه های فتوولتائیک به وضعیت اقتصادی بودن نزدیک خواهند شد. در زیر توضیح مختصری از بهترین سیستم های حرارتی خورشیدی جهت تولید برق خواهد آمد.
.1 نیروگاههای حرارتی خورشیدی مجهز به کلکتورهای سهموی خطی
در این نیروگاه، سیستم تولید برق مانند نیروگاه های فسیلی رایج است بدین صورت که گرمای تولید شده بر طبق سیکل رانکین موجب چرخش توربین و در نتیجه برق می شود. در این سیکل یک بویلر وظیفه تامین حرارت و تبدیل آب به بخار را برعهده دارد در سیستم های متداول نیروگاه های حرارتی منبع تامین انرژی حرارتی، سوخت های فسیلی می باشند که در نیروگاه های حرارتی خورشیدی این انرژی توسط خورشید و به روش زیر تامین می گردد. کلکتورهای خورشیدی تمرکزی از نوع سهموی خطی نور خورشید را برروی لوله ای سیاه رنگ که درون غلافی از شیشه می باشد متمرکز می نمایند، سپس حرارت جذب شده توسط این لوله ها به وسیله روغن مخصوصی که در آن جریان دارد جذب می شود. پس از این مرحله روغن به یک مبدل حرارتی هدایت می گردد، در این مبدل کهدقیقاً همان عمل بویلر یاد شده در سیکل رانکین را انجام می دهد،
حرارت روغن به آب منتقل شده و آنرا تبدیل به بخار با دما و فشار مورد نظر می کند و سپس این روغن یک سیکل بسته را طی میکند و از این پس بخار نیز همان سیکلی را طی خواهد نمود که در نیروگاه های حرارتی متداول می پیماید. لذا همانطور که مشاهده می شود تنها تفاوت این دو نیروگاه در نحوه تامین انرژی حرارتی لازم می باشد و سیکل روغن مذکور یک سیکل ثانویه را تشکیل می دهد. در این نیروگاه ها با توجه به تکنولوژی موجود کلکتورها می توانند خورشید را دریک محور یا دو محور دنبال نمایند و نیز از سیستمهای ذخیره حرارتی برای ذخیره سازی انرژی خورشیدی در خلال ساعات پرتابش به منظور استفاده در ساعت های با تابش کمتر یا شب، استفاده نمود و یا برای چنین اوقاتی از سیستم های هیبرید استفاده کرد که در آن انرژی مورد نیاز ساعات کم تابش را توسط سوخت های فسیلی تامین می کنند.
در نیروگاه ههای خورشیدی مجهیز به کلکتورهای سهموی خطی به دلیل محدودیتی که در حداکثر دمای روغن وجود دارد بیشترین دمای قابل حصول برای آن 400 درجه سانتی گراد می باشد و هنگامی که مسئله تفاوت دمای مورد نیاز جهت انتقال حرارت از روغن به آب در مبدل حرارتی را مد نظر قرار دهیم، محدودیتی را که در حداکثر دمای بخار، سیکل قدرت به وجود می آید به ورشنی ملاحظه خواهیم نمود و از آنجائیکه دمای بخار یکی از پارامترهای مهم در بازده حرارتی سیکل رانکین می باشد لذا این عامل باعث محدود شدن بازده حرارتی می گردد. بر این اساس در صورتی که بتوان به طریقی روغن را حذف نمود و بخار مورد نیاز سیکل قدرت را به طور مستقیم و در داخل لوله های جاذب کلکتور های سهموی تولید نمود می توان به دمایی بالاتر دست یافت که متعاقب آن دستیابی به بازده بالاتر می باشد و در این مقاله به آن خواهیم پرداخت.
.2 نیروگاه های حرارتی خورشیدی مجهز به سیستم دریافت کننده مرکزی
این سیستم تا حد زیادی مشابه سیستم سهموی خطی می باشد و از این رو شامل بخش جذب حرارت خورشید توسط سیال ثانوی و سپس انتقال حرارت به سیال عامل قدرت و همچنین سیکل قدرتی از نوع رانکین می باشد، در این نیروگاه نخست تابش خورشید را توسط میدانی از آینه ها - شامل آینده های تخت یا کم انحنای بزرگ - که بریک مسیر منحنی شکل به طور منظم قرار گرفته اند روی یک دریافت کننده مرکزی که بر روی یک برج نصب شده اس، متمرکز می کنند در این دریافت کننده ممکن است مثل دریافت کننده نوع سهموی خطی روغن حرارتی جریان داشته و یا در نوع پیشرفته تر آن به جای روغن از هوا استفاده شده باشد به هر حال گرما توسط این سیالات جذب و به مبدل حرارتیکه دقیقاً عملکردی مانند نمونه مشابه خود در سیستم سهموی خطی دارد منتقل می شود و بدین وسیله گرمای مورد نیاز نیروگاه را توسط انرژی خورشید تامین می نمایند.
در این نوع نیروگاه نیز می توان با حذف سیالات ثانوی سیکل - روغن حرارتی یا هوا - آب یا بخار را به طور مستقیم به داخل دریافت کننده مرکزی هدایت نمود. در این نیروگاه نیز هلیوستاتها توسط کنترل کننده های خاصی خورشید را دنبال می کنند و سیستم های ذخیره و یا هیبرید مشابه نوع سهموی خطی قابل استفاده می باشند. در این سیستم شرایط ذخیره سازی مناسب تر از روش سهموی می باشد ولی به لحاظ دقت لازم در ردیابی خورشید و تمرکز تابش آن روی دریافت کننده و همچنین دمای بالاتری که می توان به آن دست یافت - تا 1500 درجه سانتی گراد - ، یک طراحی بسیار هوشمندانه و تکنولوژی بالاتر مورد نیاز می باشد. علاوه بر سیستم های مذکور سیستم هایی نظیر بشقابک و موتور تسنرلینگ . برکه خورشیدی نیز مطرح می باشند که از بحث در مورد آنها خودداری می شود.
