Modern Mekanik Güneş Santrallerinde Termal Enerji Depolamanın Eleştirel Rolü

Mekanik Güneş Enerjisi (CSP) bitkilerin, geleneksel bir türbin-jeneratörünü yönlendiren yüksek sıcaklık ısısını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik sistemlerden farklı olarak, CSP bitkilerinin, CSP'yi bir alıcıya dönüştürmesi, geleneksel bir enerji santraline yönlendiren yüksek sıcaklık ısısını güçlü bir şekilde ortaya çıkarması için ortaya koyar: Enerji depolama sistemleri ve talep üzerine elektrik depolama yeteneği.

Termal Enerji Depolama Nedir ve Neden Önemli?

Termal Enerji Depolama yüksek güneş ışınlama döneminde üretilen aşırı ısı enerjisi yakalar ve daha sonra kullanım için tutar. CSP bağlamda, bu depolanmış ısı, güneş ayarlandığında veya geçici bulut kapağı sırasında saatlerce buhar ve tükenmek için çizilebilir. temel prensip basittir: Güneş ışığı ısıya dönüştürür, yüksek ısı kapasitesi ve düşük ısı kaybı ile orta ısı kaybı ile orta ısıyı depolar, sonra elektrik ihtiyacı olduğunda serbest bırakır.

TES'nin önemi basit bir rahatlıktan çok daha fazla uzanır. Depolama olmadan, CSP bitkisi sadece güneş parlaması ile çalışır - yılda 2500 $ eşdeğeri tam yük saatlerini sağlar. Yeterli TES, bu rakam, iki bin saatten fazla sürebilir ve bu geliştirilmiş kullanım, elektrik seviyesiyle radikal bir şekilde azalır ve CSP'yi fosil yakıtlarla rekabet eder.

Dünya çapında lider CSP projeleri, örneğin TES'nin gerçek dünya potansiyelini gösteriyor.Bu tesisler, geçen yaz aylarında 7/24 güç üretmelerine izin veren tuz depolamasını içeriyor.

TES CSP Verimliliğini Nasıl Geliştirir: Çok boyutlu bir Avantaj

CSP ile TES'yi bütünleştirmenin verimliliği, sadece daha uzun bir süre boyunca türbinlerin çalıştırılması ile sınırlı değildir. Bunlar, termal, elektrik ve ekonomik alanlardan cascade. Aşağıda, TES'nin genel bitki performansını artıran birincil mekanizmalar vardır.

Genişletilmiş Güç Nesil ve Kapasite Faktörü

En belirgin fayda, günlük ışık saatlerinin ötesinde elektrik üretme yeteneğidir. 8-12 saat boyunca bir CSP tesisi daha büyük bir enerji çıkışına ve LCOE'yi daha düşük maliyetle azaltılabilir.Bu genişletilmiş nesil aynı güneş alanı ve güç bloğu aynı güneş enerjisinin her yıl daha fazla megawatt saatlik üretimi anlamına gelir.

Grid Stability and Dispatchability

Elektrik şebekeleri tedarik ve talep arasındaki sürekli bir denge gerektirir. Güneş ve rüzgar kaynakları değişkendir, ancak TES ile CSP, gün boyunca ısıtılabilir. Bitki operatörleri (IRENA))[MES-equipped CSP, kömür veya gaz santralleri için karşılaştırılabilir olan firma kapasitesinin azaltılabileceğini ve ağ operatörlerin rampalarını yönetmesine yardımcı olabilir.

Geliştirilmiş Heat Utilization ve Azım Parasitik Kayıpları Azalttım

Bir CSP bitkisinde depolamadan, güç bloğu tam olarak güneş alanından gelen üst düzey termal çıktıya kadar boyutlandırılmalıdır.Bu genellikle, türbin erken sabah veya geç öğleden sonra kısmi yükte çalışmasını sağlar, verimliliği azaltır TES, TES bakım maliyetlerini azaltır ve güneş enerjisini büyük ölçüde azaltır.

Daha İyi Bir Entegrasyon Yoluyla Azaltın

TES ayrıca düşük ekipman maliyetini azaltır. Çünkü güç bloğu güneş alanına göre daha küçük olabilir, bitkiye sermaye harcamaları, jeneratörler ve soğutma sistemleri azalır. depolama ortamının kendisi - nispeten ucuz (yaklaşık 25 ila 50 $)

Plant Design'da gelişmiş Flexability

TES ile CSP bitkiler çeşitli ağ gereksinimleri karşılamak için yapılandırılabilir. Örneğin, bir bitki temel yükleme gücü (örneğin, 12 saat depolama ile) veya sadece 4-6 saat depolama ile yüksek bir tesis olarak hizmet edebilir. Bu modülerlik, geliştiricilerin yerel güneş kaynaklarına, elektrik piyasası yapılarına ve faydalı ihtiyaçlara özelleştirilmesini sağlar.

Termal Enerji Depolama Teknolojileri Türleri

Tüm TES sistemleri eşit olarak yaratılmıyor. Depolama teknolojisi seçimi, özellikle de molten tuzları ile, şu anda ticari kurulumlara hükmediyor.CSP'de kullanılan üç ana kategori mantıklı ısı depolama, geç ısı depolama ve termokimyasal depolamadır.Yousible ısı depolama, özellikle de molten tuzlar ile, şu anda ticari yüklemelere hükmediyor.

Sensible Heat Storage

Sensible ısı depolama, bir faz değişikliği olmadan bir orta sıcaklığı yükseltmek için bağlıdır. En yaygın malzeme, günde% 60 sodyum nitrat ve% 40 potasyum nitrat, “solar tuz” olarak bilinen ve bu tuzların üzerinde sıvıdır, ısı değiştiricisi üretmek için idealdir, sonra tekrar ısıtılır.

Seramikler, beton veya kayalar kullanarak Katı devlet hassas depolama da daha düşük sıcaklık uygulamaları için araştırılıyor.[Dönemli tuzdan daha az pahalı olsa da, sağlam medya daha düşük ısı transfer oranları ve daha yüksek sıcaklık hızları için acı çekiyor, bu da döngü verimliliğini azaltabiliyor.

Geçme Heat Storage

Geç ısı depolama, faz değişimin entalpilerini kullanır -tipik olarak erime veya sağlamlaştırma - neredeyse sabit bir sıcaklıkta enerji miktarı depolamak. Faz değişikliği malzemeleri (PCMs) gibi, molten tuzlar, metaller veya eutectic karışımlar düşük ısı iletkenliği nedeniyle 5-10 kat daha fazla enerji depolayabilir. Bu özellik özellikle de enerji tedarik ısı geçişi ısı geçişi ısıtımı ısıtılır.

Termokimya Depolama

Termokimyasal depolama, son retorik olası tepki sırasında ısıyı emen geri dönüşümlü kimyasal reaksiyonları içerir ve tekrarlayıcı geri dönüş reaksiyonları sırasında serbest bırakır. örnekler metal oksit kırmızıox döngüleri (örneğin, kobalt oksit, manganese oksit) ve hidrasyon / tuzlarınhidrasyonu vehidrasyon/hidrasyonları, yüksek enerji kesintileri sunar - potansiyel olarak 100-200 kWh - uzun süreler boyunca ısı kaybı sağlar.

CSP Plant Architectures ile TES'in Entegrasyonu

TES'nin verimliliği yalnızca depolama ortamı tarafından belirlenmiyor; aynı zamanda depolama sisteminin güneş alanı ve güç bloğu ile nasıl entegre edildiğine bağlı. İki ana CSP ticari teknolojiler egemen: paraboğa ve güneş enerjisi kulesi.

Parabolik Trough Bitkiler

Parabolik trough sistemleri uzun, eğrili aynalar güneş ışığına bir ısı transfer sıvısı içeren bir tüpe odaklanır (HTF), tipik olarak sentetik yağı. Petrol yaklaşık 390°C'ye ulaşır ve buhar oluşturmak için ısı değiştiricileri oluşturur.Bu nedenle, TES'yi entegre etmek için, ikincil bir molten tuz döngüsü eklenir. Sıcak hava değiştiricileri ve ısı değiştiricileri ile ilgili en yüksek ısı depolama sıcaklığında 39 °C'ye ulaşır.

Güneş Enerjisi Kule Santralleri

Kule sistemleri, güneş ışığının bir kuleden bir kuleye kadar uzanan bir alan kullanıyor. Alıcı doğrudan 565°C'ye ısıtabiliyor ve yüksek sıcaklıkla daha verimli bir şekilde buharlı buharlı buhar döngülerine ihtiyaç duyuyor, tuzun hem ısı transfer sıvısı hem de depolama ortamına hizmet ediyor.

Linear Fresnel ve Dish Stirling

Linear Fresnel reflektörler, sabit bir alıcıya güneş ışığına odaklanmak için düz veya neredeyse düz ayna kullanan bir niş CSP teknolojisidir.Bu birimler modüler, küçük ölçekli (10-50 kW), ve küçük boyutlu yüksek çalışma sıcaklıkları (yaklaşık 20.5C) ile sınırlı değildir. Dish Stirling sistemleri şu anda güneş ışığına odaklanmak için parabolik bir parabolik yemeği kullanıyor.

CSP'de TES'nin Ekonomik ve Çevresel Etkileri

TES'nin eki, CSP'nin ekonomisini dönüştürürken, 2030 yılına kadar yüzde 30–60 oranında ön sermaye maliyetinin artmasını sağlarken, yıllık enerji üretimindeki artış genellikle daha düşük bir LCOE'ye ulaşır. ABD Enerji Güneşi Programı, 2030 yılına kadar CSP için bir hedef belirledi ve birçok analist bunun gelişmiş TES tasarımları ve daha büyük bitki ölçekleri ile mümkün olduğuna inanıyor.

Çevrede, TES ile CSP diğer yenilenebilir enerjilerde eşsiz avantajlar sunar. Çünkü doğal gaz ve 800+ g/kWh için fosil yakıt tesislerini temin edebilir. Ayrıca, depolama alanı (gönemürücü tuz depolama ile CSP'nin yaşam döngüsü, 10-20 g CO2e/kWh'ye kıyasla, ıslak soğutma seçenekleri için endişelenir; ancak kömür için ısıtılır.

Future rotası ve Gelişen Yenilikler

Araştırma, mevcut molten tuz teknolojisinin sınırlarının ötesine geçiyor. ABD'deki yüksek sıcaklık depolama sıvı metalleri (sodium, lead) veya gelişmiş seramik parçacıklarının hem ısı transfer orta hem de orta düzeyde çalışmasını sağlayan CSP bitkilerinin. Bu sistemler daha yüksek sıcaklıklara, daha düşük maliyetlere ve para türbinlerine vaat ediyor.

Başka bir umut verici avenue, diğer depolama teknolojileri ile CSP'nin hibridleştirilmesidir. Örneğin, TES'yi küçük yenilenebilir kablolarla entegre etmek hem de uzun vadeli depolama (TES) yeteneklerine göre, ucuza kadar ısıtılmış bir şekilde ısıtılır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Termal Enerji Depolama sadece bir ek olarak, yüksek enerji santralleri için ek bir kaynak değildir; şu anda üç temel TES teknolojisidir - güneş enerjisinin tam potansiyelini ortaya çıkarır ve termokimyasal - maliyet, sıcaklık ve daha iyi ısı verimliliği artırır, TES CSP, güvenilir bir şekilde, temel yük-serbest dağıtım kaynaklarına doğru iten bir kaynaktır.