Угольно-солнечные гибриды для выработки электроэнергии

Эта гибридная технология объединяет две несопоставимые формы энергии, которые дополняют друг друга индивидуальными преимуществами каждой из них

Энергетические операторы, работающие на угле, продолжают искать способы повысить эффективность и продлить срок службы своих установок. В связи с этим рассматривается альтернативный вариант: объединить солнечную энергию со сжиганием угля.

В некоторых случаях стоимость электростанций можно уменьшить. Очевидно, что продуктивность любой солнечной системы географически ограничена местами, которые получают различное количество солнечной радиации.

Ископаемое топливо, такое как уголь и газ, по-прежнему жизненно важны, чтобы вырабатывать основную часть электроэнергии в мире. При этом сохраняются надежные и недорогие поставки энергоресурсов. Электроэнергию из возобновляемых источников, таких как ветер и солнце, производить дорого.

Возобновляемые источники энергии часто обильно субсидируются, а понесенные расходы переходят на конечного потребителя. Другой основной недостаток - существенная зависимость от погоды. Выходная мощность энергетических установок непостоянна и меняется в широком диапазоне за короткие промежутки времени.

Таким образом, угольные и газовые электростанции нужны, чтобы организовывать резервные энергетические системы на случай перебоев и прекращения доступа к возобновляемым источникам энергии. По данным 26 стран ОЭСР (за 1993–2013 гг.) требуется приблизительно 8 МВт дополнительной резервной мощности на каждые 10 МВт из возобновляемых источников энергии.

Несмотря на эти ограничения, существуют явные стимулы, чтобы сочетать возобновляемые источники энергии с обычными тепловыми электростанциями. Это даст преимущества создавать чистые и производительные системы энергогенерации.

Одним из возможных вариантов - это объединить солнечную тепловую энергию со сжиганием угля - так называемая угольно-солнечная гибридизация.

Угольно-солнечные гибриды

Средства массовой информации иногда сообщают о «гибридных» энергетических проектах, хотя на самом деле, это просто сочетание объектов генерации. Например, фотоэлектрические солнечные элементы добавляются к газотурбинным установкам с комбинированным циклом.

Очевидно, что эти солнечные установки генерируют электричество, однако оно подается в сеть независимо от газовой электростанции. При таком устройстве солнечное оборудование служит, чтобы удовлетворить экономическим интересам владельца предприятия или сократить негативное влияние на окружающую среду.

Например, Индия планирует установить значительное количество фотоэлектрических мощностей и некоторые объекты генерации расположить на существующих угольных электростанциях. Хотя эти две технологии используют сеть совместно, в основном они работают, как независимые единицы, а не интегрированные гибриды.

Существует ограниченное количество угольно-солнечных проектов - настоящих гибридов. Они работают в рамках полной кооперации, в которой два источника энергии создают отдельные, но параллельные паровые пути. В дальнейшем эти пути сходятся и питают общую паровую турбину, которая генерирует электроэнергию. Эта гибридная технология объединяет две несопоставимые формы энергии, которые дополняют друг друга индивидуальными преимуществами каждой из них.

Этот подход компенсирует угольный спрос. В дневное время солнечная энергия снижает потребление угля. Поскольку во второй половине дня количество солнечной радиации снижается, то в это время доля угля увеличивается, и энергоустановка всегда работает при полной нагрузке.

Когда интенсивность солнечного излучения снова повышается, направление процесса меняется на противоположное и солнечная энергия постепенно сокращает потребление угля. Как альтернативная технология, энергия от солнечной фермы направляется, чтобы дополнительно производить пар, который подается на турбину: выход электроэнергии увеличивается.

Какой бы режим не функционировал, квалифицированное проектирование и интеграция солнечной фермы в энергетическую систему имеют решающее значение, чтобы гибридная установка работала правильно.

Солнечная энергия обычно улавливается одним из двух способов. Первый: фотоэлементами, которые преобразуют солнечное излучение непосредственно в электричество. Второй: солнечная тепловая энергия концентрируется и производит тепло.

Эти системы обычно содержат ряд линз или зеркал, которые автоматически отслеживают движение солнца. Они фокусируют рассеянный солнечный свет в узкий концентрированный луч, который используется как источник тепла в обычной теплоэлектростанции.

Рабочая жидкость - высокотемпературное масло или, все чаще, расплавленные соли - нагреваются концентрированным солнечным светом. Далее пар подается в обычную паровую турбину / генератор.

Появляются коммерчески доступные гибридные установки и некоторые устройства более производительны, чем другие. Системы с двухосевым отслеживанием и концентрацией солнечного света на одном точечном приемнике (башенные и тарелочные системы), обычно продуктивнее, чем с линейной фокусировкой.

Чем концентрированее солнечная энергия, тем выше температура и, следовательно, больший выход электроэнергии. Однако строительство таких установок сложнее.

Четыре основных типа систем сбора солнечной энергии:

• Параболические желоба - солнечная энергия концентрируется с помощью параболических изогнутых отражателей, которые следят за солнцем и выполнены в форме желоба на приемной трубе, проходящей вдоль внутренней части криволинейной поверхности;
• Линейные системы Френеля - альтернативная система из сегментированных зеркал вместо желобов;
• «Энергетические башни» (или центральные приемники): зеркала отслеживают солнце (гелиостаты), чтобы фокусировать солнечный свет на приемнике в верхней части башни. Теплоноситель нагревается в ресивере до ≈ 600 ⁰C и производит пар, который направляется в обычный турбогенератор;
• Параболические тарелки - отражают солнечное излучение на приемник, который установлен в фокусе. Обычно оснащены двухосевыми системами слежения за солнцем.

Источник: Стивен Миллс, Объединение солнечной энергии с угольными электростанциями или сжигание природного газа, Чистая энергия, Том 2, Выпуск 1, июнь 2018 года, страницы 1–9, https://doi.org/10.1093/ce/zky004