Dampfturbinen-Solarkraftwerke. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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In den 70er Jahren des 3.2. Jahrhunderts bauten die Sowjetunion auf der Krim und die Vereinigten Staaten in Kalifornien Dampfturbinen-Solarkraftwerke, deren Aufbau schematisch in Abb. dargestellt ist. 2. Auf Turm 3 ist ein Kessel 1 installiert, auf den die Sonnenstrahlung fokussiert wird, die durch Heliostatenspiegel von mehreren Hektar der Erdoberfläche gesammelt wird. Heliostaten 510 verfolgen die Bewegung der Sonne am Himmel. Die mehrere Quadratmeter großen Spiegel jedes Heliostaten lenken die Sonnenstrahlen auf die Wände des Wärmetauschers der Kesseleinheit, der Dampf mit Temperaturen von bis zu XNUMX °C erzeugt.

Die Dampfleitung transportiert 5 Dampf zum Turbinenraum, wo in einem traditionellen Dampfturbinenkreislauf Strom erzeugt wird. Die Anlage verfügt über einen Wärmespeicher 4 – einen mit Schotter gefüllten Behälter mit einem Volumen von mehreren tausend m3, der in den Stunden maximaler Sonneneinstrahlung durch „heißen“ Dampf erhitzt wird und nach Sonnenuntergang Wärme abgibt.

Abb.3.2. SES-Diagramm: 1 - Heliostaten; 2 - Turm; 3 - Solarkessel; 4 - Wärmespeicher; 5 - Frischdampfleitung; 6 - Speisewasserleitung

Die vom SPP-Dampfgenerator aufgenommene Gesamtwärmemenge beträgt

, W, (3.4)

wo - Effizienzkoeffizient der Sonnenstrahlungsnutzung (variiert zwischen 0,35.0,5 und 2), n – Anzahl der Heliostaten, F – Spiegelfläche eines Heliostaten, m2, I – Intensität der Sonnenstrahlung, W/mXNUMX.

Die Arbeit, die ein Kilogramm Dampf in einer Dampfturbinenanlage im Rankine-Kreisprozess verrichtet, ist

kJ/kg,

thermischen Wirkungsgrad

(3.5)

wo h₁ - Enthalpie des Frischdampfes, h - Enthalpie des in der Turbine ausgestoßenen Dampfes (bestimmt aus dem h-s-Diagramm von Wasserdampf), h_к - Kondensatenthalpie (bestimmt aus Tabellen der thermodynamischen Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf).

Die theoretische Leistung der Dampfturbine SPP wird sein

W, (3.6)

wo ist der relative innere Wirkungsgrad der Turbine, - Effizienz des elektrischen Generators (innerhalb von 0,92.0,96). Die tatsächliche Leistung des Solarkraftwerks ist aufgrund des Energieverbrauchs für den Eigenbedarf (Pumpenantrieb usw.) geringer als die theoretische.

Dampfturbinen-Solarkraftwerke zeichnen sich durch hohe Kapitalkosten aus, die vor allem auf die hohen Kosten automatisierter Heliostatenspiegel zurückzuführen sind. Die Kosten für 1 Kilowatt installierter Leistung im Solar-1-Tower-SPW sowie im Crimean-SPP sind mehr als zehnmal höher als die typischen Kosten für herkömmliche Anlagen. Als wirtschaftlicher erwies sich eine andere technische Lösung, die 10 in den USA umgesetzt wurde. Anstelle teurer Glasspiegel – Heliostaten – kommt hier eine metallbeschichtete Folie zum Einsatz, die über Reifen mit einem Durchmesser von 1985 Metern gespannt ist. Indem sie ein Vakuum unter der Folie erzeugen, verleihen sie ihr eine parabolische Form. Diese Hohlspiegel bündeln die Sonnenstrahlung auf Rohre, in denen das Speisewasser der Dampfturbinenanlage erhitzt und verdampft wird. Somit benötigt dieses Solarkraftwerk keinen Turm mit Dampferzeugertank. Die Kosten für ein Kilowatt installierter Leistung wurden im Vergleich zu Solar-1,5 um das Vierfache gesenkt, die Kosten pro Kilowattstunde erzeugter Energie haben sich dem für Kohlekraftwerke typischen Niveau angenähert.

Im SPP Almeria (Spanien) wird flüssiges Natrium als Kühlmittel im Primärkreislauf des Dampferzeugers an der Spitze des Solarturms und normales Wasser im zweiten Kreislauf verwendet. Bei der in Deutschland entwickelten SES-Version erhitzen Sonnenstrahlen Druckluft auf 800 °C, die eine Gasturbine antreibt. Die Wärme der in einer Gasturbineneinheit ausgestoßenen Luft wird dann im Dampfturbinenkreislauf genutzt. Dadurch erhöht sich die Effizienz der Nutzung der Wärme der Sonnenstrahlen.

In Frankreich und Italien wurden mehrere Dampfturbinen-Solarkraftwerke unterschiedlicher Leistung gebaut. SPP-Projekte werden mit geschlossenen Gasturbineneinheiten entwickelt, in denen das Arbeitsmedium Helium ist. Parameter des Heliumkühlmittels vor der Turbine: Temperatur ca. 600°C, Druck 0,8 MPa; Der Auslegungswirkungsgrad der Anlagen liegt bei etwa 25 %.

Autor: Labeish V.G.

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