Tiềm năng năng lượng mặt trời cho CSP ở Hoa Kỳ.Năng lượng mặt trời tập trung (CSP) lấy năng lượng mặt trời và thu thập nó thông qua một loạt các mảng rồi tập trung hoặc tập trung vào một vị trí là trung tâm của các mảng. Năng lượng tại điểm trung tâm đó trở nên rất nóng, đủ nóng để làm tan chảy nhiều kim loại và tạo ra hơi nước. Đáng chú ý nhất trong số các mảng này là việc lắp đặt lớn các kính định nhật (gương), theo dõi Mặt trời và phản chiếu năng lượng bức xạ tới máy thu trên một tòa tháp cao. Một số rất ít hệ thống nhỏ hơn sử dụng thấu kính Fresnel hoặc gương phản xạ parabol để tập trung năng lượng nhiệt mặt trời. Có rất nhiều lợi ích của năng lượng mặt trời
Nội dung
Thiết kế tập trung
Công nghệ tập trung năng lượng mặt trời có nhiều dạng:
- Tháp năng lượng mặt trời - được thiết kế cho các ứng dụng lưới điện tập trung quy mô lớn. Chúng chỉ là một số nguyên mẫu đang hoạt động và chúng sử dụng gương parabol để phản xạ bức xạ mặt trời, sau đó tập trung nó vào tháp điện nằm ở trung tâm của các tấm phản xạ và được nâng cao so với mặt đất.
- Bộ tập trung năng lượng mặt trời dạng đĩa - là phiên bản nhỏ hơn của tháp điện. Một mảng gương tập trung năng lượng mặt trời vào trung tâm của bộ tập trung. Trong các hệ thống SES và SAIC, đây là nơi đặt bộ máy phát điện hoặc máy phát điện. Phạm vi công suất của chúng thay đổi tùy theo kích thước của dàn tập trung nhưng máy phát của hệ thống SES/SAIC khoảng 20-40 kwh đủ để cung cấp điện cho 4-6 ngôi nhà.
- Máng năng lượng mặt trời - Thường được thiết kế như một phần của hệ thống điện tập trung quy mô lớn, tuy nhiên chúng không dựa vào điểm tập trung tập trung như tháp điện và có thể được sử dụng cho các ứng dụng quy mô nhỏ hơn.
- Lò năng lượng mặt trời thông lượng cao - Liên quan đến nồng độ gấp nhiều lần cường độ bình thường của mặt trời trên bề mặt Trái đất, tạo ra nhiệt độ rất cao cho phép đúc kim loại sử dụng năng lượng trực tiếp từ mặt trời.
Một hệ thống điển hình có thể bao gồm hệ thống cơ điện theo dõi Mặt trời, Pin năng lượng nhiệt (đôi khi được gọi là TES hoặc Bộ lưu trữ năng lượng nhiệt) và một ứng dụng, chẳng hạn như bộ phận hấp thụ có thể tạo ra mã lực quay.
Heliostat
Kính định nhật là một thiết bị bao gồm một gương, thường là gương phẳng, quay để tiếp tục phản chiếu ánh sáng mặt trời về phía mục tiêu đã xác định trước, bù đắp cho những chuyển động biểu kiến của mặt trời trên bầu trời. Mục tiêu có thể là một vật thể, ở xa kính định nhật hoặc một phương hướng trong không gian. Để làm được điều này, bề mặt phản chiếu của gương được giữ vuông góc với đường phân giác của góc giữa hướng của mặt trời và mục tiêu khi nhìn từ gương. Trong hầu hết mọi trường hợp, mục tiêu đứng yên so với kính định nhật, do đó ánh sáng bị phản xạ theo một hướng cố định.
Công dụng chính của kính định nhật là để chiếu sáng ban ngày (đưa ánh sáng ban ngày vào một không gian có ánh sáng yếu) và để sản xuất điện trong các nhà máy nhiệt điện mặt trời. Chúng đôi khi được sử dụng hoặc đã được sử dụng trong quá khứ trong khảo sát, thiên văn học và các ngành khoa học khác để tạo ra nhiệt độ rất cao trong lò năng lượng mặt trời, cải thiện khả năng chiếu sáng cho nông nghiệp và chiếu ánh sáng mặt trời liên tục vào bếp năng lượng mặt trời. Trong thế kỷ 19, chúng được các họa sĩ và nghệ sĩ khác sử dụng để cung cấp ánh sáng liên tục, tươi sáng cho đối tượng của họ.
Heliostats nên được phân biệt với máy theo dõi mặt trời hoặc máy theo dõi mặt trời, luôn hướng thẳng vào mặt trời trên bầu trời. Tuy nhiên, một số loại kính định nhật kết hợp thiết bị theo dõi mặt trời, cùng với các bộ phận bổ sung để chia đôi góc mục tiêu của gương mặt trời.
Ưu điểm và nhược điểm so với quang điện mặt trời
PV năng lượng mặt trời đắt tiền và một lý do khiến nó đắt so với các nguồn năng lượng khác như dầu là vì bạn cần rất nhiều tấm PV chiếm nhiều diện tích để sản xuất một lượng điện nhất định. Tuy nhiên, năng lượng mặt trời tập trung đòi hỏi diện tích nhỏ hơn nhiều vì nó hoạt động ở mức hiệu suất cao hơn, chuyển đổi nhiều mặt trời hơn trên một đơn vị bộ thu thành năng lượng. Tuy nhiên, vẫn chưa biết chắc chắn liệu chi phí của công nghệ này có cạnh tranh được với PV năng lượng mặt trời (ít hơn nhiều) dầu mỏ hoặc khí tự nhiên hay không vì công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm. Ở thời điểm hiện tại, không có khả năng sản xuất hàng loạt các bộ phận cần thiết để chế tạo bộ tập trung năng lượng mặt trời SES nên việc chế tạo chúng rất tốn kém. Tất nhiên, SES tin rằng một khi họ đã phát triển được nền kinh tế có quy mô thì chi phí xây dựng các mảng này sẽ giảm đáng kể.
Hai công ty lớn đang phát triển công nghệ năng lượng mặt trời tập trung đã sử dụng động cơ đốt ngoài làm bộ phát điện. Tuy nhiên, tính linh hoạt của hệ thống năng lượng mặt trời đĩa cho phép lắp đặt các bộ máy phát điện khác nhau. Dự án Động cơ đĩa năng lượng mặt trời Nevada 1MW cũng diễn ra tại cơ sở thử nghiệm UNLV. Hai đối thủ cạnh tranh đĩa năng lượng mặt trời SAIC và SES đã được đánh giá lẫn nhau. SES dường như tạo ra nhiều năng lượng hơn và hoạt động tốt về tổng thể. Tuy nhiên, điều thú vị là năng lượng mặt trời/PV tập trung được tạo ra bằng cách sử dụng pin mặt trời ba lớp. Loại hybrid này có khả năng tăng đáng kể công suất tế bào, do đó cải thiện đáng kể hiệu suất năng lượng từ tế bào, giảm số lượng tế bào cần thiết để sản xuất điện. Tuy nhiên, đây vẫn chỉ là một công nghệ thử nghiệm. Các khả năng khác liên quan đến việc sử dụng khớp nối nhiệt-điện hoặc tua bin hơi nước.
Lĩnh vực ứng dụng
Phát triển năng lượng mặt trời quy mô lớn cho các giải pháp năng lượng tập trung như SES đề xuất với cơ sở máy phát điện khuấy 1000 MW là một lựa chọn hướng tới nền kinh tế năng lượng tái tạo .
Công nghệ Solar Power Village phù hợp với mô hình này và nó cũng cung cấp các giải pháp động cơ giá rẻ thay vì các giải pháp chi phí cao do SES đưa ra. Tuy nhiên, hệ thống của SES có thể thiên về sản xuất điện để bán cho các tiện ích hơn là Hệ thống Làng điện mặt trời. Trong một thử nghiệm được thực hiện bởi chương trình nghiên cứu năng lượng mặt trời của UNLV, hệ thống tập trung của SES đã vượt trội hơn SAIC.
Có nhiều ứng dụng khác cho công nghiệp và con người sử dụng nhiệt ẩn được lưu trữ trong TEB/TES
Tại sao CSP?
Thế giới ngày nay phải chịu sự phụ thuộc ngày càng tăng vào nhiên liệu hóa thạch để sản xuất điện, vận chuyển hoặc thuốc thử cho ngành công nghiệp hóa chất. Một cuộc cách mạng công nghệ trong sản xuất hydro và điện là rất quan trọng để hỗ trợ nhu cầu trong tương lai và đưa thế giới hướng tới một tương lai tốt đẹp hơn. Để làm được điều đó, các rào cản về công nghệ và kinh tế phải được phá bỏ. Năng lượng mặt trời tập trung (CSP) đã và đang được chứng minh là một phương tiện hợp lý để bắt đầu cuộc cách mạng này và sản xuất điện và hydro từ các nguồn hoàn toàn có thể tái tạo được - nước và mặt trời. Mặc dù cần thực hiện các bước vững chắc để giải quyết những hạn chế hiện tại và tăng khả năng tồn tại về mặt kỹ thuật và kinh tế của các dự án này, nhưng vẫn có những điều kiện để bắt đầu cuộc cách mạng này bằng cách sử dụng những cầu nối thực tế từ công nghệ hóa thạch hiện tại đến công nghệ tái tạo.
Bước tiếp theo
Các phương pháp tiếp cận công nghệ phù hợp nhất là những phương pháp tập trung vào các giải pháp Điện phân phối và/hoặc Điện cấp khu vực và điều này chủ yếu bao gồm các hệ thống Nhiệt mặt trời dạng đĩa và máng. Các hệ thống này rất linh hoạt, ở chỗ chúng có thể được sử dụng cả trong hệ thống điện phân tán và các ứng dụng tập trung, dựa trên lưới điện hoặc độc lập (ngoài lưới điện) (giống như cách hầu hết được tạo ra ngày nay trong các nhà máy điện lớn tại các địa điểm tập trung).
Vị trí
Tháp năng lượng mặt trời tập trung đầu tiên trên thế giới (PS10) được xây dựng gần Seville, Tây Ban Nha, bắt đầu xây dựng vào năm 2004. Dự án ngày nay có công suất lắp đặt 11 MW, nhưng người Tây Ban Nha đang đặt mục tiêu tăng công suất lắp đặt tại khu vực lên gần 300 MW khi các nhà máy khác trực tuyến vào cuối năm 2013.
Nhà máy điện mặt trời tập trung Ivanpah ở sa mạc Mojave của California hiện là nhà máy lớn nhất thế giới. Dự án Ivanpah có công suất lắp đặt theo kế hoạch là 370 MW, mặc dù hiện tại chỉ có 126 MW công suất lắp đặt.
Các nhà máy điện mặt trời được ưu tiên xây dựng ở những khu vực khô cằn trên thế giới, nhằm phục vụ mục đích kép là tối đa hóa khả năng hấp thụ ánh nắng mặt trời đồng thời bảo vệ thiết bị khỏi thời tiết khắc nghiệt. Cũng như điện mặt trời nói chung, tiềm năng của CSP trong tương lai là rất lớn.
Ví dụ về hệ thống CHP năng lượng mặt trời
Ánh nắng mặt trời trên Trái đất là rất lớn và có nhiều khả năng trở thành một nguồn năng lượng quan trọng. Hãy xem xét rằng năng lượng mặt trời chịu trách nhiệm cho sự phát triển của thực vật, gió, sóng, thủy điện , năng lượng sông và chuyển đổi trực tiếp thành điện năng và nhiệt trực tiếp.
Một vấn đề lớn với hệ thống CSP (và với bất kỳ hệ mặt trời nào) là việc kết hợp tải với nguồn cung cấp. Việc lưu trữ chất lỏng nóng trong TEB, vượt quá tải dự kiến theo thời gian, sẽ cho phép sử dụng không bị gián đoạn. Dự phòng quan trọng phải luôn được cung cấp cho bệnh viện, trung tâm truyền thông và các dịch vụ thiết yếu khác. TEB có thể cung cấp hầu hết lượng dự phòng đó, vì nhiệt có thể được tạo ra và phân tích vào TEB từ nhiều nguồn khác nhau (nhiệt điện, lò sưởi chạy bằng nhiên liệu lỏng, nhiệt địa nhiệt, nhiệt từ quá trình đốt cháy sinh khối). Việc cung cấp nhiệt từ TEB cho phép phù hợp với tải thay đổi. Việc sử dụng bức xạ mặt trời để làm nóng chất lỏng chuyển là nguồn năng lượng có chi phí thấp nhất, ngay cả khi tính đến khấu hao thiết bị và chi phí vận hành. Năng lượng phân tán. Lợi ích chính bắt nguồn từ khả năng định cỡ hệ thống cho nhiều ứng dụng, tải trọng và vị trí khác nhau. Hệ thống phát điện của Hệ thống lò năng lượng mặt trời CHP có thể hoạt động ở chế độ độc lập hoặc được nối mạng tại địa phương hoặc toàn quốc. Có thể tiết kiệm đáng kể năng lượng bị thất thoát trên đường dây truyền tải do bức xạ nhiệt bằng cách bố trí nhiều nhà máy nhỏ hơn tại điểm ứng dụng và tránh các cơ sở tập trung, quy mô lớn.
Thu nhiệt, lưu trữ và truyền nhiệt. Việc sử dụng chất lỏng truyền nhiệt cho phép tạo ra hai mức nhiệt. Vào một ngày nắng, người thu gom sẽ có thể làm nóng chất lỏng lên đến 600 độ F. Chất lỏng này sẽ được bơm vào TEB, một bể lớn, cách nhiệt cao và chứa hai bộ trao đổi nhiệt . Bể này có thể được làm bằng nhiều vật liệu khác nhau, bao gồm bê tông chịu nhiệt, gốm sứ, thép, nhôm và các kim loại khác. Lớp cách nhiệt sẽ bao gồm một loại bọt xốp kín, làm từ đậu nành, được dán bên ngoài bể. Bộ trao đổi nhiệt sẽ là bộ trao đổi tấm kim loại. Nếu một trong các lá của bộ trao đổi dạng tấm bị hỏng, bộ trao đổi đó có thể được tháo chốt và tấm bị hỏng được thay thế.
Bể lấy đầu vào từ bộ thu năng lượng mặt trời ở nhiệt độ tối đa (không vượt quá 600 độ F), chất lỏng đi vào sẽ làm nóng chất lỏng trong TEB. Sau đó, bộ trao đổi nhiệt dạng tấm sẽ phân tích lượng nhiệt đó cho ứng dụng. Khi làm như vậy, nhiệt độ của chất lỏng rời khỏi bộ trao đổi được điều chỉnh bằng một van trộn trộn chất lỏng quay trở lại, lạnh hơn với chất lỏng nóng hơn đi ra, có thể duy trì nhiệt độ mục tiêu mà ứng dụng sử dụng. Các giá trị trộn như vậy có sẵn trên thị trường và có thể được liên kết với bộ điều khiển máy tính và cảm biến, công tắc, máy bơm và van từ xa.
Các đơn vị này sẽ được tiếp thị cho các trang trại, hoạt động nhà kính, nhà máy sữa, nhà máy chế biến và đóng gói thực phẩm, nhà máy và tổ chức công nghiệp. Thời gian hoàn vốn dự kiến sẽ từ hai đến mười năm.
