1598005384-f9c00b8492d7f4330216974bac4e6cb9 (811204), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Г.М. Кржижановского (ЭПИН) разработали научную концепцию создания такой СЭС. Они предложили отказаться от сложных дорогих криволинейных зеркал, заменив их простейшими плос- кими зеркалами - гелиостатами, В 1957 г. в СССР был разработан первый в мире проект СЭС башенного типа мошностью 2500 кВт.
Электростанцию предполагалось построить в Армении. Проект не бьш реали- зован в связи с тем, что в конце 50-х голов в СССР были открыты новые месторождения нефти и газа, что отвлекло внимание от солнечной энергетики. Тем не менее советская концепция СЭС башенного типа получила ьжровое признание. Только за период с 1977 по 1983 г. такие СЭС мошноспю от 250 цо 10 000 кВт были построены в США, Франции, Испании, Италии и Японии.
В СССР в 1985 г. был успешно осуществлен пробный энергетический пуск первой советской экспериментальной СЭС башенного типа проектной мощностью 5000 кВт. Проблемам опытно-конструкторских резработок, опыту эксплуатации и направлениям по созданию термопинамических СЭС башенного типа посвяшен настояший обзор, написанный в основном по материалам реферативных журналов "Энерге- тика" (выпуск "Гелиоенергетика") и отедльного выпуска 90 Нетрадиционные и озобновляемые источники энергии" за 1981-1985 гг. ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ АТ - аккумулятор тепла АФП - аккумулятор тепла фазового перехода ГТУ газотурбинная устанои ка МОФ» материал с обратимыми фазами ПВА - пароводяной аккумулятор тепла ПТА - подземный теплоаккумулятор ПЭУ - пиковая внергоустановха СПГ - солнечный парогенератор СТЭС - солнечно-топливная электростанция СЭС - солнечная электростанция СЭУ - солнечная энергетическая установка , ТАМ - теплоаккумулируюший' материал ТАС - тедлоаккумулируюшая система ' ТПà — топливный парогенератор ТЭС - тепловая електростая- ция ФЭП - фотоэлектрический преобразователь БП - центральный приехзпш Глаза 1 ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНЪ|Х ЭЛЕКТРОСТАНШ4Й 1~ Пи ест ое ия о ти есхих скоте СЭС СЭС является сложной многоуровневой технической системой предназначенной для преобразования в промышленных масштабах энергии солнечного излучения в электрическую.
На разных этапах проектирования такой системы возникает ряд задач, требуюших специального исследования. Наименее изученной и наиболее дорогостоящей частью СЭС является оптическая система, состояшая иэ множества отдельных зеркал-гелиостатов и лучевоспринимавхпей поверхности приемника, расположенного на башне.
С оптимизацией етой системы связаны значительные резервы улучшения технических н экономических показателей СЭС. Банная глава посвящена принципам построения оптических систем СЭС, вопросам математического моделирования и оптимизации режимов работы разтичных вариантов оптических систем СЭС, анализу их оптнко-енергетических характеристик. В современной научно-технической литературе сложился определеннный стереотип,, согласно которому термодинамическая СЭС рассматривается в качестве своеобразной модификации традиционной ТЭС, в которой первичный топливный источник энергии заменен новым "солнечным источником, 'что допускает применение обычной энергетической терминологии, однако не совсем раскрывает специфическую проблематику создания СЭС. Проблема преобразования солнечного источника энергии состоит в том, что параметры излучения и недосредствениый тепловой эффект получаемый в естественных наземных'условиях, позволяют преобразовать первичный поток солнечной радиации низкой плотности только в ниэкопотенциальное тепло.
для согласования параметров лучистого потока с высокими термодииамическими характеристиками теплосиловых установок э совРеменных схемах СЭС используется принцип предварительной концентрации излучения, известный из опыта сознания иысокотемпературиых солнечных печей. Однако применение принципа концентрации первичного потока радиации с помошью зеркальных систем указывает лишь концептуальное решение проблемы и в свою очередь порождает круг проблем зеркальной оптики крупномасштабных широкоапертуриых концентраторов с измеияюшейся геометрией.
2-1 Концентрация излучения, собираемого с большой плошади н сосредоточиваемого на относительно малой приемной поверхности, является термодинамической необходимостью и позволяет преобразовывать лучистую энергию в тепло и передавать ее теплоносителю на достаточно высоком температурном уровне, обеспечивающем высокий КПЙ дальнейшего преобразования энергии в теплосиловой установке. Первичное улавливание лучистого потока осушествляется отдельными зеркальными элементами - гелностатамн. Гелиостаты заполняют определенный земельный участок н направляют отраженное излучение на центральный приемник, расположенный на вершине башни. СЭС башенного типа большого масштаба с БП энергетически выгоднее СЭС с распределенным прнемником, так как передача энергия в форме нзлучения от гелностатов к приемнику осуществляется практически без потерь в отличие от передачи тепла теплоносителем от приемников малых рассредоточенных концентраторов к центральной теплосиловой установке [1161 нлн от схем с большим количеством относительно малых самостоятельных энергетических модулей ~132).
Изменение геометрии оптической системы в течение дня является основной характерной чертой работы наземной СЭС. Космическую СЭС можно объединять в единую жесткую конструкцию, подобную концентратору солнечной печи и орнентяруемую как целое относительно Солнца. В наземных условиях подобный принцип реализован в крупногабаритных зеркальных радиотелескопах, но для крупных СЭС он неприменим. Попытка сохранить этот принцип была предпринята в первом проек-' те башенной СЭС 1 1), в котором зеркала перемешались по ' концентрическим рельсовым путям вокруг башни. В реализованных проектах экспериментальных СЭС принцип моноконцентратора не применялся, но время от времени он встречается в предложениях по созданию СЭУ мощностью до 2 МВт [29, 137). В современных проектах (8, 40, 69, 73, 75, 78) позиции зеркал фиксированы, изменяется лншь их ориентация.
Зеркала ориентируются так, чтобы прн изменении направления падаюших лучей, обусловленном видимым перемещением Солнца, направления отраженных потоков оставались бы постоянными н для каждого гелностата совпадали с направлением излучения на неподвижный приемник. Для этого зеркала снабжены механизмами ориентации н автоматикой, изменяюшими ориентацию каждого гелностата так, чтобы нормаль к зеркалу в 10 любой момент времени совпала с биссектрисой плоского угла, о р б азованного направлениями гелиостат-Солнце и гелиостат- приемник.
Характерные потери оптико-геометрического пронсхождення являются следствием отказа от перемешения позиций зеркал. Наряду с ними имеются оптико-физические н тепловые потери. Потери проекции зеркальной поверхности неизбежны для на- земной СЭС с фиксированным зеркальным полем. В каждый данный момент наиболее эффективно работают те зеркала, для которых направления на Солнце н на прнемник близки. Они дочти перпендикулярны лучам и перехватываютмаксимально воз- можную часть первичного потока. Пределы азимутального пе« Ремешення Солнца очень широки, поэтому ни один фиксирован- ный гелностат не находятся в оптимальных условиях в течение всего д~и. Ввиду преимушественного дневного движения Солн- ца в южной части небесной сферы гелиостаты, расположенные к северу от башни, работают в среднем более эффективно. Эффективная плошадь гелиостата определяется проекцией зеркала на плоскость, перпендикулярную солнечным лучам.
Сис- тема зеркал не может уловить поток, больший падаюшего в данный момент на отведенный под нее земельный участок. А этот прелельный поток в свою очередь определяется проек- цией земельного участка на плоскость, перпендикулярную лучам, Потери затенения зеркальной поверхности возникают при низком положении Солнца, когда проекция земельного участка становится меньше суммы проекций зеркал и когда проекции отдельных зеркал пересекаются с точки зрения наблюдателя, смотрящего на поле со стороны Солнца, Коэффициент заполнения земельного участка зеркалами, Равный отношению плошади гелностата к плошади отведенной под него земли, связан с уровнем угловых высот Солнца, ни- же которого начинается затенение. Чем ниже коэффициент за- полнения, тем ниже этот уровень.
Однако эта связь неодно- значна, так как прн одном и том же значении коэффициента заполнения геолностаты могут быть по-разному расположены один относительно пругого. Потери блокировки зеркальной поверхностя аналогичны по терям затенения, но относятся не к падающему, а к отражен- ному нзлученню. Онн возникают тогда, когда проекции зеркал пересекаются с точки зрения наблюдателя, смотрящего на зеркала со стороны приемника. В отличке от затенения, при к ором рассматривается проекция зеркал на единую плоскость, перпендикулярную всему потоку падающих лучей, блокировка 2-2 опредепяется центральной проекцией на сферическую поверхность, перпенцикупярную отраженным лучам, сходящимся к приемнику. другое отпичие состоит в том, что стремление исключить потери бпокировки приводит к необходимости применять переменный по полю коэффициент оапопнения.
Дальние от башни гелиостаты попжны быть удалены друг от друга в рапи/ альном направпении на большие расстояния, чем ближние. Расхожцение пучей в кажцом элементарном потоке, отраже ином от ециничного гепиостата, также косвенно связано с потерями определенного рода. Уже сам первичный поток лучей не вполне параллелен, так иак Солнце не является точечным источником При отражении потока на ету первичную непаралпеп ьность наклапываются допопнительные отклонения лучей, связанны с пефектамн зеркала. Наконец, системы ориентации гепиостатов также вносят ошибки.
Так как нас интересует интегральный аффект от многих гепиостатов, то можно рассматривать суммарный эффект влияния дефектов зеркала и ошибок ориентации и описывать этот эффект некоторым срецнестатическим законом расхождения лучей в отраженном потоке. Потери непопного улавливания приемником отраженного потока обусловлены расхожцением лучей и могут снизить попезнь вклад гепиостатов периферийной части поня.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
