Солнечная электростанция как работает: Солнечные электростанции Fortum в России

Содержание

Сетевые солнечные электростанции

Автономные солнечные электростанции в России применяются довольно широко, в основном теми, кому не посчастливилось быть подключенными к общественным электросетям. В общем виде устройство автономной СЭС довольно простое: солнечные батареи через контроллер заряда подключаются а аккумулятору. Далее можно использовать либо постоянное напряжение, либо получить переменное при помощи инвертора. 

Рис.1 

                                     

Если солнечной энергии недостаточно, аккумуляторы нужно подзарядить генератором. Несмотря на очевидные плюсы, «бесплатная солнечная энергия» достается довольно дорого. Корень зла кроется в аккумуляторах, которые зачастую являются самой дорогой частью системы. Мало того, срок их жизни не столь велик, как этого хотелось бы, то есть через несколько лет потребуется замена и дополнительные расходы. 

Казалось бы, тем, кто подключен к сети вся эта «дорогая солнечная энергия» вообще не нужна.

Не совсем так. Среди Россиян растет число желающих экономить за счет солнечных батарей. Сразу стоит заметить, экономия будет иметь место лишь в том случае, если это сетевые солнечные электростанции, то есть без аккумуляторов. Устройство сетевой СЭС еще проще, чем у автономной: солнечные панели подключаются к сетевому инвертору, а сетевой инвертор, собственно, к сети. 

Рис.2

                             

Если светит солнце, энергия передается напрямую потребителям с минимальными потерями, таким образом, потребление энергии из сети снижается, равно как и затраты. Срок эксплуатации оборудования в данном случае значительно превосходит срок окупаемости, а первоначальные вложения не столь велики.

Есть у данной схемы существенные недостатки:

  • Сетевые инвертора не работают без опорного напряжения. Иными словами, если отключили сеть, напряжения не будет, даже если светит солнце. В некотором смысле это плата за отсутствие АКБ.
  • Выработка должна быть согласована с потреблением. Максимум энергии будет вырабатываться в летний период в дневное время и, с точки зрения экономии, было бы очень неплохо эту энергию потреблять, иначе энергия уйдет в сеть и ее потребит Ваш сосед, и в этом заключается проблема. 
  • Дело в том, что в России нет «зеленого тарифа» и  «продавать» энергию в сеть простым гражданам не разрешается. Дозволяется этим заниматься лишь юр. лицам, но по невыгодной цене.  

Удачный пример сетевой системы – общественное или жилое здание с кондиционерами. Пик потребления, равно как и пик выработки случается летом в дневное время.

Также среди пользователей популярны гибридные СЭС, совмещающие в себе функции сетевой и автономной системы. Схема гибридной СЭС отличается от схемы автономной лишь тем, что в ней фигурирует не обычный батарейный инвертор, а гибридный преобразователь, имеющий сетевой вход и способный «подмешивать» солнечную энергию к сетевой. 

Рис. 3

                 

С потребительской точки зрения данная схема крайне выгодна. Обеспечивается и резерв за счет АКБ и экономия за счет выработки солнечных батарей. Тем не менее, есть существенный недостаток – низкий КПД. Чтобы дойти до потребителя, напряжение сначала преобразовывается в низкое постоянное, а потом в переменное, при каждом преобразовании часть энергии теряется. Данный недостаток существенен лишь в системах большой мощности.

Чтобы избавиться от нежелательных потерь, следует применять схемы с совместной работой преобразователя напряжения (обычного либо гибридного) и сетевого инвертора.

Рис.4

                   

В данном случае инвертор является источником опорного напряжения для сетевого инвертора. «солнечная энергия» без лишних преобразований передается потребителям, либо ее излишки идут на заряд АКБ. Стоит отметить, что это не единственная возможная схема подключения оборудования. Производители инверторов предлагают различные схемы в зависимости от возможностей того или иного оборудования.

Читать другие статьи..

Работа солнечной электростанции в России

В 2018 году мы опубликовали статью «Подходит ли для России солнечная энергетика?», которая вызвала большой читательский интерес. В неё, в частности, рассказывалось о солнечной электростанции (СЭС) «Заводская» мощностью 15 МВт в Астраханской области. К слову, это первый объект, построенный ООО «Солар Системс», одним из ведущих игроков российской солнечной энергетики.

Я связался с Михаилом Олеговичем Неврюзиным, главным инженером СЭС «Заводская», и попросил рассказать, как работает станция сегодня, какие изменения произошли с момента нашей публикации.

Эффективность. КИУМ

Первое, что меня интересовало, это коэффициент использования установленной мощности (КИУМ). Почему? Во-первых, интересно сравнить прошлогодний и нынешний показатель, а во-вторых, можно провести сравнение с другими странами (у нас до сих пор некоторые думают, что солнечная энергетика не подходит России по климатическим соображениям).

В 2019 году КИУМ составил 15,81%. В нашей прошлой публикации мы приводили цифру в 15,96% за период с 01 сентября 2017 по середину августа 2018 года. То есть изменения, если и есть, то незначительные. Мой собеседник отметил, что в июле и в сентябре 2019 г было непривычно много пасмурных дней с низкой облачностью (да, климат меняется), что могло привести к незначительному падению выработки за год по сравнению с прошлогодним уровнем (аномалия видна на графике – августовская выработка, например, превысила июльскую). В связи с этим можно отметить, что деградация модулей пока практически незаметна, небольшое понижение КИУМ в значительной степени обусловлено погодой.

КИУМ 16% — это много или мало?

Международное агентство по возобновляемой энергии (IRENA) в своём последнем докладе приводит средневзвешенный глобальный КИУМ в фотоэлектрической солнечной энергетике 18%. Такую высокую «среднюю температуру по больнице» во многом обеспечивают США, где большие мощности СЭС (76 ГВт, примерно 12% всей мировой фотоэлектрической энергетики) работают со средним КИУМ 24,5% (в 2019 году, данные EIA).

В Европе ситуация другая. Актуальных средних данных по ЕС я не видел, но в Германии, которая доминирует на континенте по установленной мощности солнечной энергетики (50 ГВт), КИУМ фотоэлектрического генерации составляет всего 10-11% в среднем.

Наши астраханские показатели инсоляции и, соответственно, КИУМ сопоставимы с данными для севера Испании, юга Франции, севера Италии.

В 2019 году во Франции средний КИУМ солнечной энергетики составил 13,5% (RTE 2019 Annual Electricity Report).

Эти факты опровергают домыслы о непригодности солнечной энергетики для России по климатическим соображениям. Во многих регионах нашей страны солнечная энергетика работает намного эффективнее, чем в среднем по Европе, и даже в таких солнечных странах, как во Франции.

Работа зимой. Снеговая нагрузка

В прошлом году в районе размещения станции снежного покрова практически не было. Снег не влиял на выработку. Примерно такая же ситуация отмечалась в первый год работы СЭС.

Надежность, работа оборудования

Оборудование (солнечные модули, инверторы и т.д.) работает безотказно, поломок не было.

Обнаружены два небольших дефекта кабельных соединений модулей (попадание влаги). Произведена замена.

Были зафиксированы несколько случаев повреждения модулей от «внешних причин». Об этом ниже.

Флора и фауна

По соседству с СЭС «Заводская» расположена свалка, с которой крупные птицы (вороны) таскают всякие нужные для них предметы. Когда ноша слишком тяжела, какая-нибудь кость может упасть с высоты на территорию солнечной электростанции.

В прошлом репортаже мы рассказывали, что в первый год работы СЭС случился один такой случай. Ворона выронила увесистую кость и повредила стекло на модуле. Сегодня число таких пострадавших от пернатых солнечных панелей достигло уже 12 штук.

Устройства работают, поскольку герметичность не нарушена, и находятся под визуальным и телевизионным наблюдением сотрудников электростанции.

Администрация объекта еще два года назад установила звуковой отпугиватель ворон. По началу он справлялся, но со временем умные твари привыкли и потеряли страх. Теперь сотрудникам приходится экспериментировать со звуками, подбирать такие, которые дают наилучший эффект, периодически их менять.

Продолжая тему животного мира, мой собеседник рассказал, что на огороженной территории СЭС «Заводская» вольготно и безопасно чувствуют себя зайцы, которых стало довольного много. Они не наносят вреда работе техники.

Вывод

В заключение повторим вывод нашего прошлого репортажа. В российских условиях солнечная электростанция, при условии качественного проектирования и строительства, работает высокоэффективно и надёжно.

Дорогие читатели!

Если вам понравилась статья, окажите, пожалуйста, посильную поддержку RenEn:

Яндекс Кошелёк или

Карта Сбербанка: 4276 3801 2452 1241

Что такое Солнечная электростанция? — Техническая Библиотека Neftegaz.

RU Солнечная электростанция — инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию. 
Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции.

Все солнечные электростанции (СЭС) подразделяют на несколько типов:
1. СЭС башенного типа — основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации.
В центре станции стоит башня высотой 18 — 24 метров (в зависимости от мощности и других параметров высота может быть больше либо меньше), на вершине которой находится резервуар с водой.

Этот резервуар покрашен в черный цвет для поглощения теплового излучения.
Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая пар на турбогенератор, который находится вне башни.
По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты.
Гелиостат — зеркало площадью в несколько м2, закрепленное на опоре и подключенное к общей системе позиционирования.
В зависимости от положения солнца, зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве.
Основная и самая трудная задача — это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент времени все отраженные лучи от них попали на резервуар.
В ясную солнечную погоду температура в резервуаре может достигать 700оС.
Такие температурные параметры используются на большинстве традиционных тепловых электростанций (ТЭС), поэтому для получения энергии используются стандартные турбины.
Фактически на таких СЭС можно получить сравнительно большой КПД (около 20 %) и высокие мощности.

2. СЭС тарельчатого типа — использует принцип получения электроэнергии, схожий с таковым у Башенных СЭС, но есть отличия в конструкции самой станции.
Станция состоит из отдельных модулей.
Модуль состоит из опоры, на которую крепится конструкция приемника и отражателя.
Приемник находится на некотором удалении от отражателя, и в нем концентрируются отраженные лучи солнца.
Отражатель состоит из зеркал в форме тарелок (отсюда название), радиально расположенных на ферме.
Диаметры этих зеркал достигают Ø2 метров, а количество зеркал — нескольких 10ков метров (в зависимости от мощности модуля).
Станции могут состоять как из 1 модуля (автономные), так и из нескольких 10ков (работа параллельно с сетью).

СЭС, использующие фотобатареи, в настоящее время очень распространены, так как в общем случае СЭС состоит из большого числа отдельных фотобатарей различной мощности и выходных параметров.
Данные СЭС широко применяются для энергообеспечения как малых, так и крупных объектов (частные коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. д.).
Устанавливаться фотобатареи могут практически везде, начиная от кровли и фасада здания и заканчивая специально выделенными территориями.
Установленные мощности тоже колеблются в широком диапазоне, начиная от снабжения отдельных насосов, заканчивая электроснабжением небольшого поселка.

СЭС, использующие параболические концентраторы, нагревают теплоносителя до параметров, пригодных к использованию в турбогенераторе.
Конструкция СЭС: на специальные фермы устанавливается параболическое зеркало большой длины, а в фокусе параболы устанавливается трубка, по которой течет теплоноситель (чаще всего масло).
Пройдя весь путь, теплоноситель разогревается и в теплообменных аппаратах отдает теплоту воде, которая превращается в пар и поступает на турбогенератор.

Комбинированные СЭС- дополнительно имеют теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления.

В 2017 г. на Алтае введена в эксплуатацию первая в РФ СЭС, изготовленной по гетероструктурной технологии (HJT) . 
Изготовленные по такой технологии солнечные панели объединяют в себе преимущества аморфной (тонкопленочной) и кристаллической технологий, сочетая высокий КПД, высокую износостойкость и эффективность в улавливании рассеянного и отраженного света.  
Даже в облачный день или в зимнее время панели смогут ловить световую энергию, а в жаркий день — не будут терять производительность из-за перегрева пластин.
Это позволило добиться КПД более 20%.

В промышленных масштабах производство по HJT было запущено в конце 2016 г.  компанией HEVEL в г. Новочебоксарске.
Хевел — СП РОСНАНО и Реновы, созданное в 2009 г. с целью интеграции решений в солнечной энергетике. 
Хевел  — строит СЭС под ключ: производит панели, устанавливает их, и эксплуатирует СЭС.

На 2017 г. Минэнерго РФ установило, что стоимость 1 квт установленной мощности СЭС будет компенсироваться инвесторам будет компенсироваться инвестиции в :
— солнечную энергетику, исходя из цены 109,5 тыс. руб/кВт установленной мощности,
— ветровую — 103 тыс. руб/кВт,
— гидроэнергетику — 163 тыс. руб/кВт.
Нужно при этом учитывать коэффициенты использования установленной мощности (КИУМ) в РФ:
— солнечный — до 10%;
— ветровой — до 20%%
— гидроэнергетика — до 40%.
То есть ГЭС, при прочих равных, будет вырабатывать в 4 раза больше э/энергии, чем СЭС такой же мощности.

Первая в Китае солнечная станция на расплавленной соли заработала на полную мощность | Солнечная энергетика

Первая в Китае солнечная электростанция, использующая в качестве теплоносителя расплавленную соль, мощностью 100 мегаватт в Дуньхуане (провинция Ганьсу) успешно выработала электроэнергию, работая на полную мощность, сообщает Chinanews.com.

Почти 20 часов эксплуатационных записей в понедельник показали, что системы электростанции работали нормально и стабильно. Объект также установил новый рекорд, производя более 1,8 млн киловатт-часов электроэнергии днем и ночью. При этом все показатели свидетельствуют о том, что станция достигла или превысила свои проектные значения.

Это знаменует собой еще один важный шаг, после того как в середине апреля электростанция выработала 1,67 млн кВт.ч. электроэнергии за 34 часа непрерывной работы.

Электростанция является одним из первых в Китае демонстрационных проектов по производству солнечной тепловой энергии. Она была построена компанией Beijing Shouhang IHW Resources Saving Technology Co Ltd. Объем инвестиций составил 3 млрд юаней ($433,1 млн).

Электростанция работает с использованием 12 тыс. зеркал, которые концентрируют солнечный свет на приемнике в верхней части солнечной башни, который затем нагревает соль. Использование расплавленной соли в качестве накопителя энергии позволяет вырабатывать электричество круглосуточно.

Объект рассчитан на выработку 390 млн кВт.ч. электроэнергии в год, что может сократить выбросы углекислого газа на 350 тыс. тонн в год.

Как сообщали «Вести.Экономика», Китай является одним из лидеров по развитию возобновляемой энергетики и намерен серьезно увеличить инвестиции в развитие этой отрасли.

В ближайшие два года власти страны планируют вложить в строительство солнечных и ветряных электростанций 2,5 трлн юаней. В долгосрочном плане Госсовета КНР прописано, что к 2030 г. доля возобновляемой энергетики в энергетическом балансе страны должна достигнуть 20%.

Почему солнечная энергетика сбилась с пути и как исправить ситуацию

Впервые солнечные батареи применили в космосе в 1958 году, США и СССР оснащали ими свои спутники. В 1970-х стоимость производства снизилась, и технология спустилась на Землю. Батареи стали использоваться на железных дорогах, антеннах СВЧ-связи и в удаленных от «цивилизации» домах.

В начале 2000-х общая мощность солнечных электростанций в мире перевалила за гигаватт, а к 2016-му мировое потребление электроэнергии, выработанной с помощью солнечных батарей, составило 305 ГВт (для сравнения: в 2010-м было 50 ГВт). И сегодня это значение только увеличивается.

Расти большой

Энергетика в целом постепенно движется в сторону распределенной модели. Потребители самостоятельно строят локальные источники энергии для собственных нужд и направляют излишки электричества в общую сеть. По некоторым оценкам, к 2020 году 20% всего электричества будет поступать в глобальную сеть от локальных установок, а к 2030 году эта цифра вырастет до 30%.

Реклама на Forbes

Солнечная индустрия, напротив, стремится к централизации. Солнечные станции — масштабные поля из мощных солнечных панелей, простирающиеся на несколько километров. Так, ферма в пустыне Негев мощностью 300 мегаватт, которую строит Израиль, займет площадь в 4 км2, а замороженная 200-гигаваттная солнечная электростанция в Саудовской Аравии должна была разместиться на тысяче квадратных километров.

Стремление к «гигантизации» имеет свои преимущества: одна крупная станция обеспечивает электричеством из возобновляемых источников большое количество потребителей. Однако такой подход также привел к ряду сложностей.

Мало места

На первый взгляд, строительство солнечных парков логично, но в силу своего масштаба станции «запечатывают» гигантские территории. Конечно, такие страны, как Саудовская Аравия, имеют в своем распоряжении пустыню, и это — один разговор, но в случае с Китаем или Индией картина меняется. Эти государства могли бы использовать площади, занимаемые солнечными станциями, куда более рационально.

В России до 2024 года введут в эксплуатацию ,75 ГВт солнечных электростанций. В результате мы получим тысячи гектаров земли, занятых громоздкими конструкциями весом свыше 63 тысяч тонн. Кстати, их утилизация — дополнительная проблема для индустрии.

Решением может стать подход с размещением солнечных панелей на крышах домов и других городских построек. Так можно будет не тратить средства на возведение тяжеловесных металлических конструкций под солнечные модули, плюс появляется возможность сэкономить на кабеле, так как его не нужно тянуть до подстанции. Строить солнечные парки стоит только тогда, когда закончится последний квадратный метр крыши.

В России более чем у 70% строений плоские крыши, при этом среди таких строений не только жилые дома, но и сотни гипермаркетов, строительных магазинов и крупных торговых центров. С учетом технических построек каждый из этих магазинов в среднем имеет несколько тысяч квадратных метровкровли, по стране это десятки миллионов квадратных метровплощади, где можно разместить солнечные электростанции. Для сотни гипермаркетов суммарная мощность станций составит более 100 МВт, что сравнимо с мощностью полноценной газотурбинной установки. Однако в этом случае не придется платить за топливо, потери в сетях и дорогостоящее обслуживание тяжелого оборудования.

Подобные проекты уже реализуются. По данным Ассоциации индустрии солнечной энергетики (SEIA) в США на 2018 год, бизнес оборудует свои торговые и офисные площади солнечными панелями, а их общая мощность уже перевалила за 2,5 ГВт. Так, компания Chronar вводит в действие 60-киловаттную станцию на крыше своей штаб-квартиры в Нью-Джерси, а корпорация Apple заключила партнерское соглашение с Daini Denryoku, чтобы установить более 300 солнечных систем на крышу офисного здания в Японии, и будет генерировать 18 000 МВт·ч ежегодно.

Неэффективные материалы

Развитие фасадного размещения солнечных панелей тормозят и технологические особенности специализированных устройств. Первые промышленные модули состояли из двух стекол и кремниевых ячеек между ними, алюминиевой рамки и токоснимателя. Развитие гигаваттных ферм потянуло за собой производителей алюминия, стекла и комплектующих. Так сформировалась неповоротливая индустрия, слабо восприимчивая к технологическим новшествам. Из-за этого конструкция солнечной панели значительно не менялась на протяжении последних 30 лет.

Но сегодня дело сдвинулось с мертвой точки: появляются новые композитные материалы и полимерные солнечные батареи. Они похожи на классические кремниевые, но главным преимуществом композитной панели является низкая стоимость, а также легкость и гибкость. В результате ее можно размещать на самых разных поверхностях. Примером может быть даже поезд, работающий исключительно на солнечных батареях. 16 декабря прошлого года такой состав вышел на маршрут длиной в три километра в Австралии. Гибкие панели расположили на крыше вагона и на промежуточных стоянках, где поезд может дополнительно подзарядиться.

Компании mPower Technology и Sandia пару лет назад представили технологию Dragon SCALE — солнечные панели, гибкие и тонкие, как бумага. «Чешуей» можно оборачивать водосточные трубы, различные распорки, даже столбы и деревья.

Сложные конструкции

Размещая классические солнечные установки на городских конструкциях, приходится делать поправку на устойчивость системы — учитывать балласт, чтобы панель не сдуло. По европейским нормам утяжеление может достигать 180 килограммов на м2. При проектировании крыш такие показатели редко закладываются, возникает риск повреждения кровли.

Решением проблемы занимается большое количество компаний и исследовательских организаций. Например, команда инженеров из Технологического института Джорджии и Чунцинского университета представила особый тип тканевого материала, который генерирует электроэнергию из солнца и ветра одновременно. Разработчики использовали промышленный текстильный станок, чтобы сплести полимерные волокна с турбоэлектрическими наногенераторами. По словам авторов технологии, «солнечную ткань» можно использовать для создания занавесок, тентов или баннеров.

Другой пример — инициатива Илона Маска. Он предложил встраивать солнечные модули в черепицу. Технология Solar Roof выдерживает падение крупных градин на скорости до 160 км/ч и стилизована под глину. Плиточный подход имеет право на жизнь, однако в этой области еще предстоит преодолеть ряд трудностей. Среди них высокий процент непроизводительной площади и большое число разъемов и соединений. Учитывая, что крыши периодически приходится чистить ото льда, есть вероятность повредить установку.

Что дальше

Число солнечных электростанций постоянно растет. Но чтобы они стали по-настоящему конкурентоспособными, установки должны быть эффективнее и удобнее имеющихся аналогов. Достичь этого помогут новые материалы и конструкции, которые достаточно универсальны и предоставляют больше гибкости с точки зрения формы и возможностей для расположения. Остается только не упускать такие возможности и использовать уже готовые и пригодные для размещения установок сооружения.

Как работает солнечная электростанция

Если говорить о видах нетрадиционной энергетики, то смело можно сказать, что именно солнечная относится к этому понятию. Основной принцип работы — превращение теплового излучения солнца в электричество.

Солнечную электростанцию можно приобрести на сайте http://energy220.net. Главным ее плюсом является то, что она не оказывает негативного воздействия на окружающую среду и организм человека.

 

Что такое солнечная электростанция

Такое понятие как СЭС подразумевает в себе различные специальные сооружения, которые используются для трансформации солнечных лучей в электрический вид энергии. Способы и методы такого превращения могут быть разными, все зависит от того, какое именно количество энергии вы хотите получить. Значение имеет и размер конструкции.

Солнечные электростанции являются хорошей альтернативой для того, чтобы получать энергию без нанесения вреда окружению, если сравнивать этот способ с другими.

К таким видам сооружений можно отнести:

  • передвижной тип электростанции;
  • СЭС, работающие на воде;
  • использование электростанций в воздухе.

Солнечные лучи используются людьми с давних времен. Ярким примером этому является получение огня с помощью солнца и его лучей концентрированным путем.

Для преобразования солнечного излучения требуется специальное оборудование, которое может принимать и превращать тепловые лучи в электроэнергию.

Для того, чтобы такие установки работали более эффективно, нужен тепловой аккумулятор и комплект автоматического управления (система). Для улавливания излучения и превращения его в электроэнергию нужна оптическая система отражателей и установки для приема солнечной радиации.

Виды электростанций

В наше время наиболее распространенными являются 2 вида станций: электростанции с башенным типом постройки и распределенный (модульный) тип. Работа первого вида СЭС основана на восприятии энергии с помощью приемника, который и обеспечивает станцию нужной степенью концентрации в несколько тысяч.

Основной недостаток данного оборудования — огромная площадь занимаемой территории и большая стоимость.

Для второго вида используется множество модулей, принцип работы которых включают в свою основу специальный концентратор и приемник. Наиболее крупная электростанция данного типа находится в США.

Такие конструкции являются абсолютно безвредными для экологии и окружающей среды. Что же касается недостатков, то они очевидны. Для таких установок требуются постоянные хорошие погодные условия – присутствие солнца.

Смотрите также:

Как выбрать паяльник для пайки проводов http://euroelectrica.ru/kak-vyibrat-payalnik-dlya-payki-provodov/.

Интересное по теме: Как заменить электропроводку в квартире своими руками

Советы в статье «Как выбрать ибп для газового котла» здесь.

Как это работает ? Солнечная электростанция:


Основы солнечной энергии | NREL

Солнечная энергия — мощный источник энергии, который можно использовать для обогрева, охлаждения и освещения. дома и предприятия.

За час на Землю падает больше солнечной энергии, чем расходуется всеми в мире. мир за один год. Различные технологии преобразуют солнечный свет в полезную энергию для зданий.Наиболее часто используемые солнечные технологии для дома и бизнеса солнечные фотоэлементы для электричества, пассивные солнечные конструкции для отопления помещений и охлаждение и солнечное нагревание воды.

Предприятия и промышленность используют солнечные технологии для диверсификации источников энергии, повысить эффективность и сэкономить деньги. Энергетики и коммунальные предприятия используют солнечную фотоэлектрическую и концентрация технологий солнечной энергии для производства электроэнергии в массовом масштабе для питания больших и малых городов.

Узнайте больше о следующих солнечных технологиях:

Преобразует солнечный свет непосредственно в электричество для питания домов и предприятий.

Обеспечивает свет и использует солнечное тепло для обогрева наших домов и предприятий в зима.

Использует солнечное тепло для горячего водоснабжения домов и предприятий.

Использует солнечную энергию для обогрева или охлаждения коммерческих и промышленных зданий.

Использует солнечное тепло для обеспечения электричеством больших электростанций.


Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о солнечной энергии посетите следующие ресурсы:

Основы солнечной энергетики
U. S. Министерство энергетики Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии

Министерство энергетики США Solar Decathlon

Energy Kids Solar Basics
Управление энергетической информации США Energy Kids

Образование и профессиональное развитие в области экологически чистой энергии
Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Как использовать солнечную энергию в ночное время

Недалеко от Гранады, Испания, более 28 000 метрических тонн соли сейчас течет по трубам на электростанции Andasol 1.Эта соль будет использована для решения насущной, хотя и очевидной проблемы солнечной энергии: что вы делаете, когда солнце не светит и ночью?

Ответ: сохраняйте солнечный свет в качестве тепловой энергии на такой дождливый день.

Являясь частью так называемой солнечно-тепловой электростанции с параболическим желобом, соли скоро помогут ей осветить ночь — буквально. Поскольку большинство солей плавятся только при высоких температурах (например, поваренная соль плавится при температуре около 1472 градусов по Фаренгейту или 800 градусов по Цельсию) и не превращаются в пар, пока не станут значительно горячее — их можно использовать для хранения большого количества солнечных лучей. энергия как тепло.Просто используйте солнечный свет, чтобы нагреть соли, и поместите эти расплавленные соли рядом с водой через теплообменник. Затем можно заставить горячий пар вращать турбины, не теряя слишком много первоначально поглощенной солнечной энергии.

Соли — смесь нитрата натрия и калия, иначе используемая в качестве удобрений, — позволяют сохранять достаточно солнечного тепла, чтобы электростанция могла вырабатывать электричество в течение почти восьми часов после того, как солнце начинает садиться. «Этого достаточно 7,5 часов для выработки энергии с полной мощностью в 50 мегаватт», — говорит Свен Мурманн, представитель Solar Millennium, AG, немецкой солнечной компании, которая разработала электростанцию ​​Andasol. «Часы производства почти вдвое превышают [часы работы солнечно-тепловой] электростанции без накопителей, и у нас есть возможность планировать производство электроэнергии».

Использование зеркал для концентрации солнечной энергии — это старый трюк: древние китайцы и греки использовали его для разжигания пожаров, и современные электростанции, использующие его, могут обеспечить значительный источник возобновляемой энергии без выбросов парниковых газов.

Это сам по себе шаг вперед, но такие электростанции ограничиваются выработкой энергии только при солнечном свете.Поэтому инженеры испробовали ряд различных технологий для хранения солнечной энергии, чтобы такие электростанции могли найти более широкое применение. Они пробовали батарейки, но слишком много энергии, которая поступает в систему, не возвращается, и они, как правило, слишком дороги, согласно анализу Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) в Голдене, штат Колорадо. Сжатие воздуха или перекачка воды в гору являются более многообещающе, но возможности для этого ограничены количеством пещер и наличием воды и резервуаров.

Плавление солей при температуре выше 435 градусов по Фаренгейту (224 градуса по Цельсию), однако, может вернуть до 93 процентов энергии, плюс соли повсеместно используются в качестве удобрений.

«Есть термин, называемый КПД туда и обратно. По сути, это мера того, сколько электроэнергии вырабатывается, если генерируемая тепловая энергия сначала сохраняется, а затем используется, по сравнению с простым прямым получением энергии. Это число составляет около 93 процентов, «объясняет старший инженер NREL Грег Глатцмайер.«[Для] таких вещей, как хранение сжатого воздуха и механического типа, есть более значительные потери», в среднем не менее 20 процентов по всем различным технологиям.

Электростанция Andasol 1, строительство которой обошлось примерно в 380 миллионов долларов (300 миллионов евро), является первой, которая фактически использует эту технологию, поэтому еще неизвестно, как она будет работать в коммерческой практике. Но правительственные лаборатории США — NREL, а также Национальная лаборатория Sandia в Альбукерке, штат Нью-Мексико, — уже доказали, что технология может работать в демонстрационных проектах, в которых она использовалась, например, в энергетической башне Solar Two недалеко от Барстоу, Калифорния.

Solar Millennium настолько уверен, что технология будет работать, что строительство сдвоенной солнечно-тепловой электростанции (Andasol 2) уже близится к завершению. «Он начнет работу в начале лета — в мае или июне», — говорит Мурманн.

Компания Arizona Public Service Co. (APS) заключила контракт с Abengoa Solar на строительство солнечной тепловой электростанции мощностью 280 мегаватт, получившей название Solana или «солнечное место», в 70 милях (110 км) к юго-западу от Феникса на территории почти 2 000 акров (800 гектаров). га) земли. «Одна из замечательных особенностей технологии расплавленной соли заключается в том, что вы можете получить больше от чистых солнечных ресурсов, больше энергии от одного и того же объекта», — говорит Барбара Локвуд, менеджер по возобновляемым источникам энергии в APS.«Это альтернатива, которая дает нам дополнительную зеленую энергию», до 1680 мегаватт-часов в облачную погоду или после захода солнца.

Но за эту дополнительную энергию приходится платить. Во-первых, необходимо увеличить мощность электростанции, чтобы она как вырабатывала полную электрическую мощность, так и нагревала соли. В случае с Andasol 1 это означало покрытие 126 акров (50 гектаров) длинными рядами желобов и труб. Кроме того, по словам Мурмана, существуют дополнительные расходы на резервуары для хранения расплавленной соли.

В общем, это означает, что установка накопителя тепловой энергии на Andasol 1 или подобных электростанциях стоит примерно 50 долларов за киловатт-час, по словам Глатцмайера из NREL. Но это не сильно увеличивает стоимость получаемой электроэнергии, поскольку позволяет турбинам вырабатывать более длительные периоды времени, и эти затраты могут быть распределены на большее количество часов производства электроэнергии. По словам Глатцмайера, электроэнергия от солнечно-тепловой электростанции стоит примерно 13 центов за киловатт-час, как с системами хранения расплавленной соли, так и без них.

Эта цена все еще почти вдвое выше, чем стоимость электроэнергии на угольной электростанции — самый дешевый в настоящее время вариант производства электроэнергии, если не принимать во внимание экологические издержки. Но APS в Аризоне и другие компании могут затем использовать солнечную энергию для удовлетворения максимального спроса на электроэнергию позже в тот же день. «Наша пиковая потребность [в электроэнергии] приходится на поздний вечер, когда производство солнечной энергии прекращается», — говорит Локвуд. Это «причина того, почему мы пошли в этом направлении и так заинтересованы в технологиях хранения данных».»

Так же эффективны, как солнечно-тепловые электростанции , использующие параболические желоба с системами хранения расплавленной соли, такими как Andasol 1 или Solana, они не улавливают столько солнечного тепла, сколько возможно. Выше 750 градусов F (400 градусов) C), синтетические масла, используемые для улавливания солнечного тепла в желобах, начинают разрушаться, но расплавленные соли могут принимать гораздо больше тепла, чем это.

Чтобы соли стали более горячими, некоторые компании, такие как SolarReserve in Санта-Моника, Калифорния., развивают так называемые силовые башни — обширные поля зеркал, которые концентрируют солнечный свет на центральной башне. Благодаря централизованной конструкции такая конструкция может работать при гораздо более высоких температурах — до 1000 градусов F (535 градусов C) — и использовать расплавленные соли непосредственно в качестве теплоносителя, передающего тепло на электростанции. «Мы нагреваем соли до температуры более 1000 градусов по Фаренгейту, и это приводит к тем же условиям на входе, которые коммунальные предприятия видят сегодня на угольных или атомных электростанциях», — говорит Терри Мерфи, президент SolarReserve.

Но такая электростанция — а Мерфи говорит, что компания планирует около 50 таких проектов и ожидает, что по крайней мере один (в США или Испании) будет запущен к 2013 году — будет стоить до 800 миллионов долларов за 200- мегаваттная силовая башня. «Первая построенная градирня на расплавленной соли станет настоящим испытанием», — говорит Томас Манчини, менеджер программы Sandia Concentrating Solar Power Program. «Потребуется кто-то достаточно прогрессивный, чтобы профинансировать это, или немного больше рискнуть».

Таким образом, исследователи также изучают соли, которые можно было бы использовать вместо масла в электростанциях с параболическим желобом, например, те, которые плавятся при более низких температурах и, следовательно, не так быстро замерзают в холодные ночи, по словам Хэнка Прайса, вице-президента. для развития технологий в Abengoa Solar.

Solar Millennium работает над такой солью, по словам Мурмана, и Sandia разработала небольшое количество новой смеси солей, включая нитрат кальция и нитрат лития, которые плавятся ниже 212 градусов F (100 градусов C). «С нитратом лития это так же дорого, как и все остальные компоненты вместе взятые. Хотя все же намного дешевле, чем органические теплоносители», — говорит инженер-химик Боб Брэдшоу из Sandia в Калифорнии, который возглавляет исследования. «Ничего не получишь даром.«

И долгосрочные исследовательские проекты рассматривают другие технологии хранения тепла, такие как хранение тепла в песке или создание хранилища расплавленной соли с одним резервуаром. « Основная цель — найти технологию хранения, которая может снизить фактические капитальные затраты » — говорит Фил Смитерс, руководитель технических служб по возобновляемым источникам энергии в компании APS, которая исследует эти технологии в рамках гранта Министерства энергетики США. на возобновляемую электроэнергию без выбросов.«Если мы начнем оценивать углерод и заставим угольную электростанцию ​​перейти на безуглеродный режим за счет секвестрации, то мы получим или более 10 центов за киловатт-час из угля», — говорит Манчини. «Любая из этих технологий может достичь тех же 10 центов при хранении [расплавленной соли]. Тогда рынок сделает это».

И если Andasol 1 выйдет из строя или по другой причине не сможет доставить, как ожидалось, ущерб не будет ограничиваться грудой солевых удобрений на земле — это может стать препятствием для всех усилий по хранению солнечной энергии.«Нам пришлось построить первый [коммерческий] завод [с хранилищем расплавленной соли], и это то, чем является Andasol», — говорит Манчини, чтобы доказать технологию. «Он не обязательно должен быть идеальным, но они должны заставить его работать».

Nevada Solar One

  • Среднегодовая выработка: 136 ГВтч, что эквивалентно потребности примерно 15 000 домов.
  • 760 параболических желобных солнечных коллекторов.
  • 182 000 зеркал (протяженность 76 километров).
  • 129 000 метрических тонн CO2 в год.
  • Участок: 130 га.
  • Потребители энергии: Невада Пауэр Компани и Сьерра Пасифик Ресорсиз.
  • Построен в пустыне в рекордные сроки: 13 месяцев.
  • Собственная технология ACCIONA для солнечных коллекторов.
  • 800 рабочих мест создано на этапе строительства и около 30 — при эксплуатации завода

Завод площадью 400 акров, мощностью 64 мегаватта использует солнечную энергию для питания более 14 000 домов ежегодно.Это третья по величине концентрирующая солнечная электростанция в мире и первая такая электростанция, построенная за 17 лет. Nevada Solar One представляет собой крупную историю успеха в области возобновляемых источников энергии и имеет потенциал, чтобы напрямую конкурировать с традиционными технологиями, работающими на ископаемом топливе.

Концентрирующая солнечная энергия

Nevada Solar One

ACCIONA использует запатентованную технологию для отслеживания местоположения солнца и концентрации его лучей в часы пиковой нагрузки. На заводе работает 760 параболических концентраторов с более чем 182 000 зеркал, которые концентрируют солнечные лучи на более чем 18 240 приемных трубках.Жидкость, которая нагревается до 735 ° F, проходит через эти трубки и используется для производства пара, который приводит в действие обычную турбину, которая подключена к генератору, вырабатывающему электричество. Это CSP, и ACCIONA преуспевает в этом.

Почему солнечная, почему сейчас

ACCIONA осознала потенциал генерации CSP на юго-западе США и построила Nevada Solar One, чтобы продемонстрировать, что эта технология может работать в коммерческом масштабе. Строительство заводов ЦСП в У.S. может способствовать сокращению выбросов углекислого газа в энергосистему всего за несколько десятилетий. Как чистая, надежная и экономичная технология, CSP предлагает огромный потенциал для США, и ACCIONA лидирует в их реализации.

Каким образом этот проект является устойчивым

Nevada Solar One был запущен в июне 2007 года, создав более 800 рабочих мест во время строительства и около 30 постоянных рабочих мест. Вся вырабатываемая энергия была закуплена Nevada Power Company и Sierra Pacific Resources по долгосрочным соглашениям о закупке электроэнергии (PPA) еще до открытия станции.Ежегодно снабжая электроэнергией 14 000 домов в Неваде, Nevada Solar One позволяет избежать выбросов CO2, эквивалентных 20 000 автомобилей. Приносить пользу сообществу, компании и окружающей среде — вот что такое устойчивость.

Что говорят люди

«В тридцати пяти милях к юго-востоку от Лас-Вегаса находится сияющий оазис площадью 280 акров на выжженной пустынной равнине: электростанция под названием Nevada Solar One. Каждые две минуты его 220 000 гигантских стеклянных зеркал незаметно вращаются с едва слышимым щелчком, отслеживая путь солнца по небу. »- Клэр Кейн Миллер, Forbes
.

Работают ли солнечные батареи ночью?

Солнечная батарея для хранения энергии предлагает свободу действий

Это ваш дом, ваша энергия. Используйте его, когда хотите. Второй способ, которым солнечные панели могут косвенно питать ваш дом ночью, — это аккумуляторы. Солнечные батареи работают в ночную смену, чтобы максимально использовать возможности производства ваших панелей в дневное время.

Солнечные панели наполняют вашу батарею энергией солнца. Итак, у вас есть запасы электроэнергии на будущее.Благодаря этой накопленной солнечной энергии ваша батарея обеспечивает питание в течение всей ночи. Вместо того, чтобы отправлять лишнюю электроэнергию в сеть, сохраните ее для себя.

Сначала вы будете потреблять электроэнергию из солнечной батареи, а затем потреблять ее из сети. Установка солнечной батареи с вашими солнечными панелями снижает вашу зависимость от устаревшей сети и позволяет вам надежно снизить счета за электричество.

Накопитель на солнечной батарее позволяет вам контролировать свои энергетические финансы и сохранять душевное спокойствие.Домовладельцы также ценят резервное питание от батарей во время простоев. Коммунальные сети выходят из строя из-за технических неисправностей или стихийных бедствий, таких как лесные пожары. Защитите себя днем ​​и ночью с помощью домашнего аккумулятора.

Аккумуляторная батарея дает вам доступ к собственному электричеству, когда солнечные батареи неактивны. Солнечные батареи — лучшее решение для резервного копирования энергии в ночное время.

Пришло время выработать собственную энергию. С батареей ваша солнечная установка становится устойчивым решением для хранения энергии 24/7.Аккумулятор Brightbox от Sunrun поможет вам.

Измерение нетто и хранение батарей, работающих в тандеме

Сегодня большинство систем солнечных панелей подключаются к сети и включают сетевые измерения там, где это предлагается. Также домохозяйства все чаще устанавливают аккумуляторные батареи. Эти два косвенных решения могут работать в тандеме ночью, чтобы максимизировать вашу энергетическую безопасность и минимизировать счета за электричество.

Вы можете запрограммировать батарею, чтобы она потребляла электроэнергию из сети только после того, как батарея разрядится.Или настройте сетевой счетчик и накопитель на солнечных батареях для одновременной работы.

Несмотря на всю свою тяжелую работу днем, солнечные батареи отдыхают ночью. Соединив солнечные панели с сетевым счетчиком и / или солнечную батарею, такую ​​как Brightbox от Sunrun, вы получите надежное и устойчивое энергетическое решение, которое будет работать на вас круглосуточно и без выходных.

Максимально используйте солнце

Солнце — наш самый богатый и экологически чистый ресурс. В то время как солнечные батареи могут не работать ночью, накопитель на солнечных батареях Brightbox дает вам энергию.Батареи максимально эффективно используют ваши солнечные панели и повышают энергоэффективность вашего дома. Итак, создайте более светлое будущее, сократив свой углеродный след с помощью чистой солнечной энергии.

Сегодняшние экстремальные климатические проблемы и опасности, связанные с ископаемым топливом, влияют на наши сообщества, наш образ жизни и всю планету. Солнечные батареи — очевидное решение для получения энергии в ночное время и в чрезвычайных ситуациях.

Сохраните солнечные дни для штормовых с солнечными батареями Sunrun и батареей Brightbox.Вместе мы можем сделать его ярче каждый день — и ночь. Посмотрите, соответствуете ли вы требованиям сегодня.

Объединение солнечной энергии с угольными электростанциями или совместное сжигание природного газа | Чистая энергия

Аннотация

Энергетики, работающие на угле, продолжают искать способы повышения эффективности и продления срока службы своих электростанций за счет повышения эксплуатационной гибкости и снижения воздействия на окружающую среду. Здесь рассматриваются два возможных варианта: сочетание солнечной энергии с выработкой электроэнергии на угле и совместное сжигание природного газа на угольных электростанциях.Оба метода демонстрируют потенциал. В зависимости от индивидуальных обстоятельств и то, и другое может повысить гибкость электростанции при одновременном снижении ее выбросов. В некоторых случаях стоимость установки также может быть снижена. Ясно, что любая солнечная система географически ограничена местами, которые получают неизменно высокие уровни солнечной радиации. Точно так же, хотя многие угольные электростанции уже сжигают ограниченное количество газа вместе с углем, для совместного сжигания на значительном уровне необходимы надежные и доступные поставки природного газа.Это не везде так. Но для каждой технологии есть нишевые и основные направления, в которых могут быть выполнены критерии. Потребность в хорошей солнечной радиации означает, что использование гибридов угля и солнца будет ограниченным. Совместное сжигание природного газа имеет более широкий потенциал: в настоящее время, по всей видимости, крупнейшим рынком в краткосрочной перспективе является применение для существующих угольных электростанций в США. Однако там, где газ доступен и доступен по цене, потенциальные рынки существуют и в некоторых других странах.

Введение

Во всем мире растет интерес к устойчивому обеспечению надежными и недорогими источниками энергии.Это все чаще побуждает коммунальные предприятия изучать альтернативы ископаемым видам топлива, которые традиционно обеспечивали большую часть их выработки электроэнергии. Однако многие развитые и развивающиеся страны по-прежнему используют уголь для выработки большей части электроэнергии. В некоторых странах производство энергии на угле осуществляется на все более нестабильном рынке и сталкивается с острой конкуренцией со стороны других форм генерации, таких как природный газ, атомная энергия и возобновляемые источники энергии. На этом фоне операторы угольных электростанций продолжают искать способы повышения эффективности и продления срока службы своих станций, часто за счет повышения эксплуатационной гибкости и снижения воздействия на окружающую среду [1].

Этого можно достичь различными способами, два из которых рассматриваются в этой статье: сочетание солнечной энергии с выработкой электроэнергии на угле и совместное сжигание природного газа на угольных электростанциях. Сочетание угля и солнечной энергии может показаться маловероятным сочетанием, но при соответствующих обстоятельствах могло бы предложить элегантное решение для сочетания надежности и рентабельности крупномасштабной угольной генерации с экологически чистой возобновляемой энергией. Уголь и природный газ кажутся более «естественным» партнерством, и, опять же, некоторые угольные электростанции могут повысить свою гибкость и производительность.

Ископаемые виды топлива, такие как уголь и газ, по-прежнему имеют жизненно важное значение для выработки большей части мировой электроэнергии, обеспечивая надежные и недорогие поставки. Электроэнергия, произведенная с помощью возобновляемых источников энергии, таких как ветер и солнечная энергия, стоит дороже. Возобновляемые источники энергии часто сильно субсидируются, а затраты перекладываются на конечного пользователя. Другой серьезный недостаток заключается в том, что большинство из них зависит от погоды. Следовательно, выходной сигнал является прерывистым и может широко изменяться за короткий промежуток времени [2]. Следовательно, необходимы другие системы генерации (такие как угольные и газовые электростанции) для обеспечения поддержки, когда поставки недостаточны или недоступны.Основываясь на данных из 26 стран ОЭСР (1993–2013 гг.), Примерно 8 МВт резервной мощности требуется на каждые 10 МВт периодически возобновляемой мощности, добавляемой к системе [3, 4].

Несмотря на эти оговорки, существуют явные стимулы для изучения вариантов объединения возобновляемых источников энергии с традиционными тепловыми электростанциями, чтобы каждая из них предоставляла преимущества друг другу, создавая более чистую и более эффективную систему выработки электроэнергии. Один из возможных вариантов — объединить солнечную тепловую энергию с генерирующими мощностями, работающими на угле — так называемая угольно-солнечная гибридизация.

1 Угольно-солнечные гибриды

СМИ иногда сообщают о развитии «гибридных» энергетических проектов, хотя на самом деле это часто просто совмещенные генерирующие объекты. Например, фотоэлектрические (PV) солнечные элементы могут быть добавлены к парогазовой газотурбинной установке (CCGT). Очевидно, что эти солнечные электростанции вырабатывают электроэнергию, но она подается в сеть независимо от газовой электростанции. Согласно этому типу договоренности, солнечная установка может служить для диверсификации экономических интересов владельца станции или уменьшения общего воздействия на окружающую среду объекта, но фотоэлектрические и ПГУ не так тесно интегрированы, как может показаться на первый взгляд.Индия планирует установить значительный объем солнечных фотоэлектрических генерирующих мощностей, при этом некоторые новые объекты будут размещены на существующих угольных электростанциях. Оба будут вырабатывать электроэнергию, которая будет подаваться в сеть независимо друг от друга. Хотя эти две технологии будут иметь общую площадку и некоторые активы, такие как подключение к сети, они будут работать в основном как независимые единицы, а не как интегрированные гибриды.

Ограниченное количество угольно-солнечных проектов — настоящие гибриды. Они работают в рамках полностью согласованной схемы, в которой два источника энергии объединяются для создания отдельных, но параллельных паровых трактов.Эти пути позже сходятся, чтобы питать общую паровую турбину и вырабатывать электричество как объединенную силу. Эта форма гибридной технологии объединяет эти две разрозненные формы власти, так что они объединяют индивидуальные преимущества каждой.

Этот подход может заменить часть потребности в угле, заменив его вклад в энергию за счет энергии солнечного поля. В дневное время солнечная энергия может использоваться для снижения потребления угля (режим сокращения угля). Поскольку солнечная радиация уменьшается во второй половине дня, доля угля может быть увеличена, что позволяет котлу установки всегда работать с полной нагрузкой. Когда солнечная радиация снова увеличивается, процесс меняется на противоположный: солнечное излучение постепенно сокращает количество угля. В качестве альтернативы, вход от солнечного поля можно использовать для производства дополнительного пара, который может подаваться через турбину, увеличивая выработку электроэнергии (солнечный наддув). Какой бы режим ни был выбран, конструкция и интеграция солнечного поля в обычную систему имеют решающее значение для правильного функционирования гибридной установки. В принципе, эта форма гибридной технологии может быть применена к любой форме обычных тепловых электростанций (работающих на угле, газе, нефти или биомассе), существующих или новых.

Солнечная энергия обычно собирается одним из двух способов. Первый — с помощью обычных фотоэлементов, которые напрямую преобразуют солнечное излучение в электричество. Второй — это солнечная тепловая энергия, обычно в форме концентрированной солнечной энергии (CSP), где радиация используется для производства тепла (рис. 1). Эти системы обычно основаны на серии линз или зеркал, которые автоматически отслеживают движение солнца. Они фокусируют большую площадь солнечного света в небольшой концентрированный луч, который можно использовать в качестве источника тепла для обычной тепловой электростанции.Во всех типах систем рабочая жидкость (такая как высокотемпературное масло или, все чаще, расплавленные соли) нагревается концентрированным солнечным светом, а затем используется для повышения пара, который подается в обычную паровую турбину / генератор. В дополнение к солнечной системе сбора, автономная установка CSP (, а не гибридная) также потребует многих систем и компонентов, таких как паровая турбина / генератор, которые есть в обычной электростанции. Что касается гибрида угля и солнечной энергии, большинство из них уже будет установлено и доступно как часть угольной электростанции, что значительно снизит стоимость каждой единицы вырабатываемой электроэнергии.

Рис. 1

Солнечная тепловая желобная электростанция с теплоаккумулятором

Рис. 1

Солнечная тепловая желобная электростанция с тепловым аккумулятором

На рынке имеется ряд солнечных коллекторных систем, некоторые из которых более эффективны, чем другие. Системы, которые используют двухосное отслеживание для концентрации солнечного света на одноточечном приемнике (системы мачты и тарелки), обычно более эффективны, чем системы с линейной фокусировкой. Там, где они являются частью установки CSP, они могут работать при более высоких температурах и, следовательно, вырабатывать электроэнергию более эффективно.Однако их сложнее построить. К четырем основным типам солнечных коллекторных систем относятся следующие:

  • Параболические системы желоба — солнечная энергия концентрируется с помощью параболически изогнутых рефлекторов в форме желоба, отслеживающих солнце, на приемной трубе, которая проходит по внутренней изогнутой поверхности;

  • Линейные системы Френеля — альтернативная система, основанная на использовании сегментированных зеркал вместо желобов;

  • Системы Power Tower (или системы центрального приемника) — в них используются зеркала слежения за солнцем (гелиостаты) для фокусировки солнечного света на приемнике на вершине башни (рис. 2). Жидкий теплоноситель нагревается в ресивере до ~ 600 ° C и используется для генерации пара, который затем подается в обычный турбогенератор; и

  • Параболические антенны — они отражают солнечное излучение на приемник, установленный в фокусной точке. Обычно они используют двухосные системы слежения за солнцем.

Рис.2

Солнечный тепловой парогенератор на башне (фотография любезно предоставлена ​​Foster Wheeler Power Group)

Рис.2

Солнечный тепловой парогенератор на башне (фотография любезно предоставлена ​​Foster Wheeler Power Group)

1.1 Первые угольно-солнечные гибриды

Угольно-солнечная технология рассматривается и разрабатывается в течение нескольких лет. Первый в мире настоящий гибридный угольно-солнечный энергетический проект был реализован на электростанции Cameo в Колорадо, США — Colorado Integrated Solar Project (CISP). Он проводился в рамках государственной программы инновационных чистых технологий — инициативы, направленной на испытание многообещающих новых технологий, способных снизить выбросы парниковых газов и улучшить окружающую среду. Система на заводе Cameo была введена в эксплуатацию в 2010 году.

Xcel Energy и Abengoa Solar участвовали в демонстрации стоимостью 4,5 миллиона долларов США, в которой использовалась технология параболического желоба с отслеживанием солнца в дополнение к использованию угля. Основная цель заключалась в том, чтобы продемонстрировать потенциал интеграции солнечной энергии в крупномасштабные угольные электростанции для повышения эффективности электростанции, уменьшения количества необходимого угля и, следовательно, сокращения выбросов традиционных электростанций и CO 2 . Это также должно было проверить коммерческую целесообразность объединения двух технологий.

На солнечном поле площадью 2,6 га разместились восемь рядов параболических желобов длиной 150 м (рис. 3 и 4). Во время работы это устройство концентрировало солнечное излучение на линии собирающих тепло элементов приемника, заполненных теплоносителем на основе минерального масла. Его нагревали до ~ 300 ° C перед подачей в теплообменник, где предварительно нагревали питательную воду (до ~ 200 90 245 o 90 246 ° C), подаваемую на один из двух угольных блоков электростанции Cameo мощностью 49 МВт.

Рис. 3

Солнечная система сбора энергии на электростанции Cameo (фотография любезно предоставлена ​​Xcel Energy)

Рис.3

Солнечная система сбора энергии на электростанции Cameo (фотография любезно предоставлена ​​Xcel Energy)

Рис. 4

Abengoa Технология параболических желобов с отслеживанием солнечного света, установленная на электростанции Cameo (фотография любезно предоставлена ​​Xcel Energy )

Рис. Станция (фотография любезно предоставлена ​​Xcel Energy )

Завод Cameo провел 7-месячную пилотную / демонстрационную программу, после чего станция была выведена из эксплуатации, а завод CSP выведен из эксплуатации.В целом результаты были признаны положительными. Добавление солнечной энергии увеличило общую эффективность установки более чем на 1%, а в течение периода испытаний спрос на уголь и выбросы в атмосферу были снижены (~ 600 тCO 2 ,> 900 кг NO x и 2450 кг SO 2 ). Проект подтвердил, что такое дополнительное приложение к существующей угольной котельной возможно и не будет мешать нормальной работе генерации. Интеграция и работа солнечной системы с существующей угольной установкой была признана успешной [5, 6].

Какое-то время несколько австралийских коммунальных предприятий также проявляли интерес к гибридам угля и солнечной энергии, и было установлено, что более 20 угольных электростанций имеют достаточные солнечные ресурсы. Потенциальная мощность для использования солнечной энергии с умеренно-высокими перспективами использования оценивалась в ~ 460 МВт, или ~ 1% от общей установленной генерирующей мощности Австралии. Но не все участки электростанции были сочтены подходящими. Ограничивающие факторы включали нехватку доступной земли, низкие затраты на уголь и оставшийся срок службы некоторых станций.Факторы, работающие в пользу технологии, включали снижение потребления угля и выбросов электростанций, а также увеличение срока службы энергетических активов и угольных ресурсов. Идея объединения CSP с угольными электростанциями рассматривалась довольно оптимистично, хотя в последнее время интерес, похоже, снизился — отчасти из-за того, что несколько крупных проектов не были реализованы, были заброшены или работали только в сочетании с углем в течение ограниченного периода времени. По разным причинам только одна была запущена в промышленную эксплуатацию.

В Квинсленде компания CS Energy разработала планы установки солнечной тепловой надстройки мощностью 44 МВт к своей сверхкритической угольной электростанции Коган-Крик мощностью 750 МВт [7]. Тепло от системы сбора на основе Френеля должно было использоваться для производства пара высокого давления и подаваться на паровые турбины, увеличивая выработку электроэнергии. По оценкам, можно было бы избежать 35 600 т / год CO 2 (~ 0,8% от общих выбросов завода). Строительство началось в 2011 году (рис. 5). Однако неуказанные технические трудности и коммерческие проблемы в конечном итоге сделали проект экономически нежизнеспособным и привели к его отказу в 2016 году [8].

Рис. 5

Часть солнечной установки Коган-Крик (фотография любезно предоставлена ​​CS Energy)

Рис. 5

Часть солнечной установки Коган-Крик (фотография любезно предоставлена ​​CS Energy)

В Новом Южном Уэльсе солнечная Система сбора была также построена на угольной электростанции Liddell мощностью 2 ГВт (рис. 6). Проект был введен в эксплуатацию в 2013 году и включал в себя солнечный котел, используемый для подачи насыщенного пара для подогрева питательной воды котла [9].Снижено потребление угля и выбросы CO 2 на ~ 5000 т / год. Однако в 2016 году солнечный проект был закрыт, оператор сослался на технические и договорные проблемы, которые привели к длительным задержкам и коммерческим проблемам.

Рис. 6

Солнечный котел Novatec и солнечное поле на электростанции Лидделл, Новый Южный Уэльс (фотография любезно предоставлена ​​Novatech)

Рис. 6

Солнечный котел Novatec и солнечное поле на электростанции Лидделл, Новый Южный Уэльс ( фотография любезно предоставлена ​​компанией Novatech)

Гибридная технология угля и солнечной энергии также была исследована в ряде других стран, которые поддерживают основные угольные энергетические отрасли, и значительная работа была проделана, например, в Южной Африке, Китае и нескольких европейских странах. .В последние годы был проведен ряд технико-экономических обоснований и небольших проектов, хотя ни один из них еще не привел к крупномасштабному коммерческому развертыванию.

Однако сейчас в Чили разрабатывается интересный проект. Страна переживает стремительный экономический рост, и возрос интерес к использованию солнечной энергии. В рамках этого был оценен потенциал гибридных угольно-солнечных электростанций. Чили управляет несколькими электрическими сетями: центральная сеть имеет переменный почасовой спрос, тогда как северная сеть испытывает почти постоянный спрос, в основном со стороны значительной горнодобывающей промышленности, расположенной преимущественно на севере.

Некоторые части Чили обладают значительным потенциалом для использования солнечной энергии. Годовые уровни общего прямого нормального облучения (DNI) составляют> 3000 кВтч / м 2 на большей части территории страны, с> 3500 кВтч / м 2 к северу в пустыне Атакама, недалеко от большей части горнодобывающего сектора. В рамках увеличения поставок электроэнергии в регионе Engie и Solar Power разрабатывают гибридный угольно-солнечный гибридный проект мощностью 5 МВт на существующей угольной электростанции Mejillones мощностью 320 МВт. Ожидается, что использование солнечной энергии увеличит производительность электростанций и сократит потребление угля (и, следовательно, выбросы электростанций).

Второй новый угольно-солнечный проект также реализуется в Индии. Недавно компания NTPC (ранее National Thermal Power Corporation Limited) объявила о начале проекта по гибридному использованию угля и солнечной энергии (Комплексная солнечно-тепловая гибридная электростанция — ISTHP), который будет развиваться на ее электростанции в Дадри. Это будет первый индийский проект по использованию солнечной энергии для нагрева питательной воды котлов с целью повышения эффективности электростанции и сокращения спроса на уголь. Чтобы сэкономить средства и рабочую силу, в проекте будет предусмотрена роботизированная химчистка солнечных панелей.

1.2 Вызовы

Традиционные тепловые электростанции и возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия, находятся на разных концах технологического спектра. Следовательно, сочетание таких разрозненных систем неизбежно вызовет технические проблемы. Тем не менее, ряд разработчиков систем и электроэнергетических компаний считают, что при дальнейшем развитии гибридизация угля и солнечной энергии может иметь значительный потенциал. Однако при крупномасштабном развертывании остаются различные проблемы — они могут быть политическими, техническими или финансовыми.Хотя концепция гибридных электростанций существует уже некоторое время, ее применение и, следовательно, накопленный опыт эксплуатации остаются в некоторой степени ограниченными.

С чисто практической точки зрения, любая солнечная система нуждается в постоянном источнике солнечного света соответствующей интенсивности, что явно ограничивает возможные местоположения. Хотя это, возможно, менее важно для фотоэлектрических систем, оно имеет решающее значение для систем, основанных на солнечных тепловых технологиях. Для системы сбора солнечной энергии потребуется земля рядом с существующей электростанцией, возможно, до нескольких тысяч гектаров.Кроме того, угольные электростанции обычно располагаются рядом с источником охлаждающей воды, а это означает, что они редко располагаются в засушливых высокогорных пустынных местах, хорошо подходящих для использования солнечной энергии.

Основной задачей является увеличение доли солнечной энергии в гибридах угля и солнечной энергии. На сегодняшний день использование солнечной компоненты имеет тенденцию быть ограниченным, часто из-за их применения для модернизации приложений на стареющих заводах, в отличие от новых построек. Существует определенный консенсус в отношении того, что сектору нужны более крупные гибридные проекты, основанные на высокоэффективных недавно построенных угольных электростанциях; это даст больше возможностей для повышения эффективности и экономии.Кроме того, добавление аккумуляторов тепла могло бы улучшить управляемость и помочь минимизировать затраты на электроэнергию. Наряду с экономическими проблемами, поскольку каждый проект по сути уникален, каждый несет свою собственную комбинацию технологических проблем, которые необходимо решить. Однако ожидается, что «живые» проекты, разрабатываемые в таких странах, как Чили и Индия, предоставят полезные данные и практический опыт, что, как мы надеемся, будет способствовать дальнейшему внедрению технологии.

1.3 Будущие разработки

Как и любая генерирующая технология, система, основанная на солнечной энергии, должна иметь экономический смысл. Таким образом, важно поддерживать капитальные и эксплуатационные расходы на приемлемом уровне. В некоторых регионах последние разработки были сосредоточены на автономных системах CSP (т. Е. Не на гибридах). Тем не менее, снижение затрат, которого они достигают, также окажет положительное влияние там, где они образуют часть гибрида угля и солнечной энергии. Возможности снижения стоимости установки CSP обнадеживают.Коммерческое внедрение технологии все еще находится на относительно ранней стадии, но по мере того, как разработка продолжается и заводы увеличиваются в размерах, затраты, вероятно, снизятся, поскольку компоненты выигрывают от массового производства и усиления конкуренции между поставщиками.

Продолжается разработка технологий, направленных на снижение системных затрат, повышение эффективности преобразования солнечной энергии в электричество и минимизацию воздействия на окружающую среду. Дальнейшее совершенствование и исследования постепенно улучшают компоненты и системы установки.Было определено несколько ключевых областей, в которых экономия затрат была бы особенно выгодной. К ним относятся снижение стоимости солнечной энергетики за счет улучшенных конструкций, массового производства, более дешевых компонентов и внедрения новых теплоносителей, способных работать при более высоких температурах. Улучшенные системы аккумулирования тепла также играют важную роль.

Ряд крупных разработчиков технологий продолжают добиваться этих целей. Некоторые предполагают, что если бы новая электростанция была спроектирована и построена на основе гибридной концепции с самого начала, гораздо большая доля солнечной энергии (возможно, до 30-40%) могла бы быть реальной.До сих пор поступление от солнечной системы, как правило, было несколько низким. В основном это произошло из-за того, что проекты были основаны на модернизации, иногда устаревших, угольных электростанций. В результате из-за практических вопросов вклад солнечной энергии ограничивается примерно 5% или меньше.

2 Совместное сжигание угля и природного газа

Другой вариант, вызывающий интерес у некоторых энергетических компаний, — это совместное сжигание природного газа в угольных котлах. Этот метод может способствовать повышению эксплуатационной гибкости и снижению выбросов.Он позволяет избежать проблем с прерывистостью возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия, но явно сохраняет некоторые недостатки, связанные с ископаемым топливом в целом.

Производство на основе угля и газа имеет жизненно важное значение для обеспечения энергией многих развитых и развивающихся стран мира. Оба используются для обеспечения безопасного и бесперебойного электроснабжения, необходимого для обеспечения развития и процветания экономики и общества. В некоторых странах уголь обеспечивает большую часть энергии, тогда как в других преобладает газ.Однако во многих случаях национальный энергетический баланс включает их сочетание. У каждого из них есть свои хорошо задокументированные преимущества и недостатки, но в последние годы наблюдается растущий интерес к средствам, с помощью которых эти два вида топлива могут быть объединены экологически безопасным и экономичным способом.

Хотя угольные электростанции во многих странах уже используют природный газ для запуска и обогрева, используемые количества часто весьма ограничены. Но зачем оператору завода потреблять дополнительное сжигание газа в больших количествах? Какие преимущества это может дать? Как отмечалось ранее, меняющиеся рыночные условия все чаще вынуждают многие предприятия искать новые способы работы, чтобы поддерживать их чистоту, эффективность и экономическую жизнеспособность.Замена части подаваемого угля газом и их совместное сжигание в парогенераторе электростанции может помочь повысить как топливную, так и операционную гибкость, что имеет жизненно важное значение на сегодняшних, зачастую сложных рынках электроэнергии.

Во многих странах продолжает вводиться экологическое законодательство, направленное на снижение уровней SO 2 , NO x , твердых частиц, ртути и, в последнее время, CO 2 , и все чаще операторы сталкиваются с дилеммой: что делать? делать со своими растениями.Чтобы избежать инвестиций в модернизированное оборудование для контроля выбросов, они могут решить просто закрыть завод по экономическим причинам. Например, многие предприятия в США в настоящее время находятся в такой ситуации. Если позволяют финансы, оператор может выбрать полный переход на 100% сжигание природного газа, но это может быть слишком дорого или непрактично. В качестве альтернативы можно модифицировать установку таким образом, чтобы можно было добавлять природный газ, чтобы поддерживать ее в рабочем состоянии. Совместное сжигание газа кажется многообещающим вариантом по крайней мере для некоторых существующих угольных электростанций, и ряд коммунальных предприятий рассматривают (или даже находятся в процессе) перевод своих угольных электростанций на совместное сжигание, что позволит им продолжить работу с использованием смеси углей. и природный газ (рис.7). Важно отметить, что некоторые преобразования позволяют варьировать соотношение угля к газу, обеспечивая полезную степень гибкости с точки зрения подачи топлива и работы станции.

Рис. 7

Гастонская электростанция Alabama Power в США. Один блок теперь запускается на газе и регулярно сжигает газ до двух третей своей номинальной мощности (фотография любезно предоставлена ​​Alabama Power)

Рис. 7

Гастонская электростанция Alabama Power в США. Одна установка теперь запускается на газе и регулярно сжигает до двух третей своей номинальной мощности (фотография любезно предоставлена ​​Alabama Power)

Потенциально газ можно добавить в существующую систему несколькими способами.Некоторые заменяют часть основного угля, в то время как другие используют газ в качестве средства для минимизации выбросов таких веществ, как NO x . Количество газа, используемого для некоторых типов применений, обычно будет меньше, чем если бы установка была преобразована в фактический газ для сжигания топлива в истинном смысле этого слова. Это позволяет подавать гораздо большие объемы непосредственно в котел и сжигать одновременно с подачей угля. В зависимости от конкретной установки и производственных требований существующий агрегат может быть сконфигурирован различными способами, так что совместное сжигание становится практическим предложением.Это может быть случай замены масляных воспламенителей или разогревателей на газовые эквиваленты, один из самых простых вариантов. Но если оператор установки желает постоянно пропускать еще больше газа через свою установку, вполне вероятно, что сжигание газа необходимо будет включить в систему основной горелки; для этого подходят двух- или многотопливные горелки, которые можно приобрести у ряда поставщиков [10].

Как и в случае с солнечной батареей, здесь могут быть разные плюсы и минусы. Некоторые из основных преимуществ совместного строительства включают:

  • Возможная адаптация / повторное использование существующей инфраструктуры и систем управления.Многие угольные электростанции уже используют природный газ в качестве пускового или резервного топлива, поэтому необходимая инфраструктура и системы управления для подачи газа в котел уже могут быть созданы;

  • Повышенная топливная гибкость. Совместное сжигание исключает полную зависимость от одного источника топлива, обеспечивая топливную гибкость. Если возникает проблема с доступностью одного топлива, завод может поддерживать работу, переключаясь на другое. Точно так же росту цен на любое топливо можно противодействовать, изменив коэффициент совместного сжигания таким образом, чтобы преобладало более дешевое топливо;

  • Экономия затрат может быть достигнута за счет перехода на самое дешевое топливо в то время.Также возможно перейти на более дешевый уголь без риска потери мощности;

  • объем некоторых усовершенствований системы контроля выбросов может быть сокращен, отложен или отменен, в зависимости от качества угля, планируемого уровня совместного сжигания газа и нормативной базы;

  • Повышенная эксплуатационная гибкость. Совместное сжигание может сократить время разогрева, позволяя запускать агрегат быстрее, чем его неизмененный аналог, а также ускорять запуск. Более быстрый запуск может помочь свести к минимуму более высокие выбросы, иногда возникающие на этом этапе.Этот метод позволяет некоторым электростанциям США соответствовать федеральным стандартам по ртути и токсинам в воздухе;

  • Совместное сжигание может обеспечить значительное снижение достижимой минимальной удельной нагрузки, что является важным фактором для многих угольных электростанций. Кроме того, за счет совместного сжигания значительного количества газа в условиях низкой нагрузки можно поддерживать минимальную рабочую температуру установки селективного каталитического восстановления (SCR) (если таковая имеется);

  • меньшая пропускная способность угля снизит износ измельчителей и систем транспортировки угля, а также сократит связанные с этим затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание (O&M);

  • При снижении объемов добычи угля образуется меньше твердых и жидких отходов производства.Зольный шлак, летучая зола, шлам или гипс из скрубберов ДДГ, отходы заводов и различные другие отходы будут сокращены, а также затраты на транспортировку и утилизацию; и выбросы в атмосферу

  • будут пропорционально ниже. Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание систем контроля окружающей среды, таких как установки FGD, SCR и ESP или рукавные фильтры, вероятно, будут ниже. В случае систем SCR будет меньше аммиака и, вероятно, увеличится срок службы катализатора. При наличии систем контроля за ртутью потребуется меньше активированного угля.

Как и у любой техники, будут недостатки. Очевидным требованием является наличие у угольной электростанции соответствующего источника природного газа по приемлемой цене. Если завод уже использует газ каким-либо образом, существующей инфраструктуры может хватить. В противном случае может потребоваться дополнительное оборудование питания и управления. В зависимости от общей протяженности и любых местных ограничений затраты на новый газопровод могут быть значительными. Одним из основных факторов, привлекающих внимание к совместному использованию газа, является низкая цена на природный газ.Хотя в настоящее время так обстоит дело в США, газ намного дороже и менее доступен в некоторых других странах. Даже в США есть опасения, что цены могут значительно вырасти в будущем, поскольку политическое и экологическое давление на гидроразрыв пласта и инвестиции в объекты экспорта газа могут привести к росту цен на газ, приближающемуся к европейскому. Более высокие цены на газ могут свести на нет все преимущества и экономию средств, обеспечиваемые совместным запуском.

В США Агентство по охране окружающей среды (EPA) предположило, что при некоторых обстоятельствах совместное сжигание может быть альтернативой применению частичного улавливания и хранения углерода (CCS) на угольных электростанциях.EPA сообщило, что новые стандарты выбросов могут быть соблюдены за счет совместного сжигания ~ 40% природного газа на высокоэффективных сверхкритических электростанциях, работающих на пылевидном угле. Однако некоторые отраслевые обозреватели считают, что потребуется больше, чем этот уровень, и что для того, чтобы это было достижимо, котел должен быть специально спроектирован для работы таким образом.

При рассмотрении вопроса о переходе на совместное использование необходимо будет рассмотреть различные технические вопросы. Например, это может существенно повлиять на теплопередачу внутри котла.Характеристики теплопередачи пламени природного газа и угля заметно различаются, и в некоторых случаях исходные поверхности теплопередачи могут быть неадекватными для увеличенного сжигания природного газа. Если не принять соответствующие меры, могут возникнуть проблемы с металлургией, и основные компоненты установки могут оказаться ненадежными. Подача газа также может быть проблемой. В некоторых регионах ограничения на поставку могут ограничивать доступную максимальную сумму. Кроме того, могут применяться сезонные ограничения, отдавая приоритет другим приложениям, таким как отопление дома.

2,1 Перспективы на будущее

Стоимость производства электроэнергии из угля или газа может быть аналогичной. Даже незначительные изменения в цене на топливо могут привести к значительным колебаниям производственных затрат, и это может создать рыночные возможности для коммунальных предприятий, которые имеют активы, работающие как на газе, так и на угле. Совместное использование топлива может быть возможным вариантом, позволяющим ценообразованию и рыночным условиям определять выбор и состав топлива. Замена части угля газом считается вариантом с низким уровнем риска, позволяющим коммунальным предприятиям лучше соответствовать меняющимся требованиям рынка.

Согласно прогнозам, в ближайшие годы природный газ продолжит частично заменять уголь для выработки электроэнергии в некоторых крупных странах. Ожидается, что операционное преимущество получат коммунальные предприятия с диверсифицированным парком транспортных средств, способным переключаться между ними при колебаниях рыночной цены каждого из них. Это будет особенно выгодно в периоды стабильного роста электроэнергии, как, например, в США в последние годы.

Ряд коммунальных предприятий уже внедрили совместное сжигание газа, а другие рассматривают возможность преобразования некоторых из своих угольных электростанций, чтобы они могли работать на смеси этих двух.В США ряд операторов заводов в настоящее время изучают возможность пробного сжигания природного газа, чтобы определить возможность либо полного преобразования, либо двухтопливного сжигания в долгосрочной перспективе. Некоторые из них занимаются технико-экономическим обоснованием для оценки возможных последствий совместного использования. Остальные уже перешли.

Добавление газа к угольным электростанциям дает коммунальным предприятиям возможность быстрого реагирования на изменения нагрузки и возможность глубокого цикла, но при этом сохраняется возможность сжигания недорогого угля.В странах, где спрос на электроэнергию колеблется, электростанция, которая может быстро переключаться для достижения пиков и спадов, а также прекращать работу в периоды низкого спроса, с большей вероятностью будет прибыльной. Однако большинство угольных агрегатов могут работать только при нагрузке 30–35% и при этом поддерживать хорошее сгорание, что ограничивает возможность установки цикла. Кроме того, угольные электростанции могут медленно разгоняться до полной нагрузки: для увеличения нагрузки после холодного пуска может потребоваться 12 часов или более. Завод, способный переключаться на газ при низких нагрузках и еще больше снижать нагрузку, а затем снова переключаться на уголь при более высоких нагрузках, может иметь значительное преимущество перед конкурентами.

Cofiring может предложить повышенную гибкость в отношении топлива и потенциально может обеспечить значительную экономию топлива и эксплуатационную экономию. Многие угольные электростанции были построены в эпоху, когда уголь был дешевым, нагрузка на окружающую среду была низкой, а конкуренция со стороны других источников энергии была ограниченной. Все чаще ожидается, что многие из этих станций будут работать в режимах без базовой нагрузки, для которых они не были рассчитаны. Им необходимо адаптироваться и развиваться, чтобы выжить в долгосрочной перспективе, и способность работать на топливе, для которого они изначально не предназначались, будет важным фактором.Следовательно, повышенная топливная гибкость приобретает все большее значение.

Крупнейшим потенциальным рынком для совместного использования в краткосрочной перспективе, по-видимому, являются США, где ряд коммунальных предприятий стремятся продлить срок службы своих заводов, одновременно уменьшая свое воздействие на окружающую среду. Совместное сжигание может помочь снизить выбросы, повысить эксплуатационную гибкость и ускорить запуск, более быстро и чисто вводя установки в эксплуатацию. В других случаях решающим фактором, вероятно, будут цена и доступность газа.Хотя в настоящее время это дешево в США, оно намного дороже или недоступно во многих других местах. Кроме того, в некоторых странах экспорт природного газа является более прибыльным вариантом, чем его использование на внутренних электростанциях — экспорт может иметь приоритет. Таким образом, жизнеспособность отдельного проекта будет зависеть от конкретного набора преобладающих обстоятельств.

Помимо США, в таких странах, как Индонезия и Малайзия, есть ограниченное количество заводов, работающих на совместном сжигании угля и газа (рис.8), а также новые проекты в разработке. Однако важным фактором является наличие надежных поставок газа по приемлемой цене. В некоторых регионах, хотя и доступен для ограниченного применения, газ слишком дорог для массового использования. Уголь часто дешевле и доступнее. Для любого нового потенциального проекта, как и в случае гибридов угля и солнечной энергии, необходимо учитывать различные экономические, эксплуатационные и экологические факторы в каждом конкретном случае. Но, по сравнению с солнечной, возможности совместного сжигания менее ограничены, поскольку существует гораздо больше мест, где легко доступны и уголь, и природный газ.

Рис. 8

Электростанция в Суралайе мощностью 4 ГВт, крупнейшая угольная станция Индонезии. Новейшая установка способна совместно сжигать различное количество трубопроводного природного газа или СПГ, а также мазута или биомассы (фотография любезно предоставлена ​​компанией Indonesia Power)

Рис. 8

Завод Суралайя мощностью 4 ГВт, крупнейшая угольная станция Индонезии . Новейшая установка способна совместно сжигать разное количество трубопроводного природного газа или СПГ, а также мазута или биомассы (фотография любезно предоставлена ​​компанией Indonesia Power)

3 Заключительные мысли

Почти все крупные страны в той или иной степени полагаются на уголь, и многие развивающиеся страны делают то же самое.Несмотря на конкуренцию со стороны природного газа, ядерной энергетики и возобновляемых источников энергии, уголь будет широко использоваться в течение многих лет и в значительных количествах. Однако использование угля в целом подвергается все более пристальному вниманию, а выработка электроэнергии часто выделяется как один из основных источников загрязнения. Во многих странах были приняты стратегии и законодательство, поощряющие более широкое внедрение альтернативных систем, которые включают газовую генерацию и возобновляемые источники энергии, такие как ветровая и солнечная энергия.Возобновляемые источники энергии часто активно продвигаются через цели по сокращению выбросов, обязательные требования к возобновляемым источникам энергии, директивы по качеству воздуха и схемы торговли выбросами. Обычно используются финансовые стимулы или различные формы субсидий.

Самым большим недостатком ветровой и солнечной энергии является их непостоянство и относительно высокая стоимость единицы произведенной электроэнергии. Эта изменчивость отрицательно влияет на работу угольных электростанций, подключенных к одной и той же сети. Многие из них были спроектированы для работы на постоянной базовой нагрузке, но для того, чтобы учитывать вклад возобновляемых источников энергии, теперь вынуждены работать на гораздо более гибкой или циклической основе.Повторяющиеся старт-стопы, цикличность или отслеживание нагрузки неизбежно увеличивают износ основных компонентов установки и снижают общую эффективность. Однако этот режим работы все чаще становится нормой, и ищутся рентабельные способы повышения их производительности с точки зрения операционной гибкости, воздействия на окружающую среду и экономики.

Этих целей можно было достичь разными способами. В случае повышения гибкости установки это включает сочетание угля с солнечной энергией или природным газом.Хотя оба метода уже используются (или использовались) на коммерческой основе, в настоящее время ни один из них не используется широко. В соответствующих условиях использование любой из форм технологии дает ряд преимуществ угольным электростанциям. Но очевидно, что у обоих есть свои ограничения. Проекты на основе солнечной энергии будут иметь смысл только в местах, которые постоянно получают высокую солнечную радиацию. Точно так же совместное сжигание природного газа будет возможно только при наличии надежных и доступных поставок газа.

Обе системы обладают потенциалом для повышения эксплуатационной гибкости, снижения производственных затрат и сокращения выбросов. Каждая из них может обеспечить преимущества при модернизации существующих угольных электростанций, хотя их наибольший потенциал, по-видимому, заключается в новых блоках, где каждый может быть полностью интегрирован на стадии проектирования. Повышение гибкости и эффективности, а также уменьшение связанного с этим воздействия на окружающую среду будут становиться все более важными для поддержания доступного и эффективного сектора угольной энергетики.

Как эти две технологии могут повлиять на количество потребляемого угля во всем мире? В глобальном масштабе сочетание угля и солнечной энергии вряд ли окажет серьезное влияние, хотя на некоторых нишевых рынках они могут иметь гораздо большее значение. Если бы солнечная энергия использовалась для замены значительного количества угля, подаваемого на электростанцию ​​(работающую в режиме «экономии угля»), общее количество могло бы фактически уменьшиться, хотя этого не было бы в случае электростанций, работающих в конфигурации «солнечного наддува». .Однако гибридизация может предложить другие преимущества, такие как снижение затрат на уголь, снижение требований к эксплуатации и техобслуживанию завода и меньшее воздействие на окружающую среду. Этого может быть достаточно, чтобы поддерживать работу определенных заводов.

Второй рассматриваемый метод — совместное сжигание природного газа на электростанциях, которые в настоящее время используют уголь в качестве основного топлива. Многие такие установки уже используют относительно небольшое количество газа вместе с углем, хотя только ограниченное количество может считаться истинным совместным сжиганием. Добавление больших объемов газа может дать значительные преимущества с точки зрения эксплуатационной гибкости, экономики и воздействия на окружающую среду, а также может стать возможным спасением для некоторых заводов, которые изо всех сил пытаются соответствовать все более жестким экологическим ограничениям.По сравнению с солнечной гибридизацией возможности совместного сжигания гораздо менее ограничены, поскольку есть много мест, где доступны как уголь, так и природный газ. Однако, как и в случае гибридов угля и солнечной энергии, проекты совместного сжигания необходимо оценивать в индивидуальном порядке, чтобы гарантировать учет соответствующих факторов.

Заявление о конфликте интересов . Ничего не объявлено.

Список литературы

[1]

Хендерсон

C.

Повышение гибкости угольных электростанций

.CCC / 242.

Лондон

:

Центр чистого угля МЭА

,

2014

. [2]

Sloss

LL.

Уравновешивание возобновляемых источников энергии с помощью угля

. CCC / 269.

Лондон

:

IEA Clean Coal Center

,

2016

. [3]

Verdolini

E

,

Vona

F

,

Popp

D.

Преодоление разрыва Технологии способствуют распространению возобновляемой энергии?

Рабочий документ Национального бюро экономических исследований (NBER) No.22454.

Кембридж, Массачусетс

:

NBER

,

2016

. [5]

Mills

SJ.

Интеграция технологий прерывистой возобновляемой энергии с угольной электростанцией

. CCC / 189.

Лондон

:

Центр чистого угля МЭА

,

2011

. [7]

Миллс

SJ.

Сочетание возобновляемых источников энергии с углем

. CCC / 223.

Лондон

:

Центр чистого угля МЭА

,

2013

.

© Автор (ы) 2018. Опубликовано Oxford University Press от имени Национального института экологически чистой и низкоуглеродной энергии.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/), которая разрешает некоммерческое повторное использование, распространение, и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинала. По вопросам коммерческого повторного использования обращайтесь в журналы[email protected]

Noor Солнечная энергия в Марокко

Noor Power Plant в Марокко — крупнейший в мире проект концентрированной солнечной электростанции. Завод Noor расположен в муниципалитете Уарзазат в районе Агадир в Марокко, в очень благоприятном регионе с одним из самых высоких уровней солнечного света в мире — 2635 кВтч / м 2 / год.

Комплекс в Уарзазате должен превратиться в солнечный парк мощностью 500 МВт, который будет включать в себя несколько солнечных электростанций коммунального масштаба, использующих различные солнечные технологии.Первой станцией в этом комплексе является Нур I мощностью 160 МВт, где три часа накопления тепловой энергии используются для выработки электроэнергии в вечерние часы пик.

Noor II будет основан на технологии параболического желоба CSP с мощностью 200 МВт и сроком хранения 7 часов. Проект Noor III CSP мощностью 150 МВт — это новый проект IPP, разработанный как третий проект в серии нескольких запланированных проектов строительства солнечного комплекса в Уарзазате. Три проекта охватывают территорию в 2500 гектаров (6 178 акров).И Noor II, и III начали подавать чистую электроэнергию в сеть в 2019 году.


Четвертая фаза Noor представляет собой гибридный проект мощностью 950 МВт (700 МВт CSP и 250 МВт PV) — крупнейшей в мире концентрированной солнечной электростанции с одной площадкой.

Удар

Проекты CSP в Нур Уарзазат I, II и III демонстрируют жизнеспособность всех солнечных технологий. Четвертый проект будет поддерживать Стратегию Дубайской чистой энергии 2050, направленную на увеличение доли чистой энергии в Дубае до 25% к 2030 году, и позволит сэкономить 1 ед.6 миллионов тонн CO2.

Проект КСО для женщин запускается в сотрудничестве с этими электростанциями, поэтому, если компания использует возобновляемые источники энергии на этих электростанциях и хотела бы поддержать женщин, они могли бы приобрести международные REC (I-REC) с установками W +.

Свяжитесь с нами, если вы заинтересованы в возобновляемой электроэнергии, зарегистрированной в I-REC, от этой электростанции или в других регионах мира. Мы обеспечиваем доступ к возобновляемой электроэнергии от более чем 400 электростанций на 6 континентах.

Морская плавучая солнечная фотоэлектрическая электростанция — платформа Sustainable Islands

Морская плавучая солнечная фотоэлектрическая установка

Энергетическая комиссия Сейшельских островов от имени правительства Сейшельских островов разрабатывает морскую плавучую солнечную фотоэлектрическую электростанцию ​​(FPV) и снижает риски. Хотя FPV широко используется в течение многих лет, эти установки расположены в пресноводных средах, таких как озера или водохранилища. При поддержке Фонда Клинтона, Африканского форума правовой поддержки, а также юридических и технических консультантов из Trinity International LLP и Multiconsult Norge AS, этот проект станет первым в Африке заводом по производству FPV промышленного масштаба в морской среде и направлен на поддержку страны. переход на возобновляемые источники энергии.Проектная площадка расположена в лагуне с соленой водой на главном острове Маэ, и поэтому она должна быть спроектирована с учетом солености, приливных колебаний и океанской среды. Плавучая солнечная электростанция, по оценкам, будет иметь мощность от 3,5 до 4 МВт и будет обеспечивать более чистую и устойчивую энергию при меньших затратах.

Как это работает

Морская плавающая солнечная батарея, также известная как плавающая фотоэлектрическая система (FPV), работает так же, как и любая другая система солнечных батарей, но плавает на поверхности воды.В случае с Сейшельскими островами эти панели будут плавать на поверхности воды в лагуне с соленой водой, где вода относительно спокойна и защищена. Солнечные панели прикреплены к плавучей конструкции, которая удерживает их на плаву. Одна из проблем солнечных панелей в жарком климате заключается в том, что они могут действительно перегреться, что снижает их способность эффективно вырабатывать электроэнергию. Вода, в которой размещаются системы FPV, помогает охлаждать солнечное оборудование, производя электричество с более высокой эффективностью. Особые соображения, такие как соленость, учитываются при разработке материалов, чтобы избежать и / или контролировать коррозию.

Влияние на дату

В настоящее время проект завершает этап закупок, и ожидается, что проект будет выдан IPP в конце 2019 года. Ожидается, что строительство начнется в середине 2020 года, а эксплуатация будет завершена в том же году. Поскольку электростанция еще не работает, многие воздействия еще не могут быть оценены количественно. Тем не менее ожидаются следующие результаты:

  • Поставлять электроэнергию в национальную сеть по цене, значительно меньшей, чем предельная стоимость топлива (импортная нефть), и, таким образом, обеспечивать значительную экономию и экономию топлива для страны.
  • Вместо того, чтобы сжигать дорогостоящее, загрязняющее окружающую среду дизельное топливо для производства электроэнергии, электростанция будет обеспечивать экологически чистую и устойчивую электроэнергию.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *