CC BY
1УДК 620.9 Мицура Д.И., Новиков И.К., Рахимбулов В.Е.
Мицура Д.И.
студент кафедры электро- и теплоэнергетики Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
Новиков И.К.
студент кафедры электро- и теплоэнергетики Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
Рахимбулов В.Е.
студент кафедры электро- и теплоэнергетики Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ НОВОЙ КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ СОЛНЕЧНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ СО ВСТРОЕННЫМ НАКОПИТЕЛЕМ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
Аннотация: в данной статье описан один из способов улучшения генерации энергии в солнечной электростанции.
Ключевые слова: возобновляемые источники, солнечная энергия, солнечная электростанция.
В этом исследовании представлен подробный термодинамический анализ новой установки концентрированной солнечной энергии (КСЭ) с интегрированным накопителем тепловой энергии (НТЭ). Установка сочетает в себе центральную приёмную башню с энергетическим циклом Брейтона на
сверхкритическом С02 (вС02) и гибридной системой хранения явного и скрытого тепла.
Анализ показывает значительное повышение энергетической и эксергетической эффективности (на 41,3% и 38,7% соответственно) по сравнению с обычными солнечными электростанциями. Оптимальные условия работы интегрированной системы достигаются при температуре приёмника 750°^ ёмкости НТЭ 12 ч, коэффициенте использования солнечной энергии 2,5, цикле С02 с температурой на входе в турбину 750°С и коэффициентом давления 2,8.
Анализ производительности НТЭ показывает большой потенциал гибридной системы хранения данных в улучшении диспетчеризации и показателей емкости. Экономический анализ показывает конкурентоспособную стоимость электроэнергии (LC0E), а оценка воздействия на окружающую среду показывает значительное сокращение выбросов парниковых газов.
В настоящем исследовании представлен план разработки высокопроизводительных систем КСЭ с усовершенствованными компонентами и условиями эксплуатации. Оно демонстрирует многообещающий потенциал предлагаемой системы КСЭ-НТЭ — жизнеспособной, эффективной, устойчивой и экономичной технологии для производства электроэнергии. Эта технология позволит нам осуществить глобальный переход к экологически чистой энергии.
Технология концентрированной солнечной энергии (КСЭ) оказывается эффективным вариантом в стремлении производить доступную возобновляемую энергию по всему миру. Установки КСЭ вырабатывают электричество из тепла, выделяемого Солнцем. Эти системы в основном работают за счёт фокусировки солнечных лучей на приёмнике с помощью зеркала-отражателя или линзы.
Концентрированная солнечная энергия используется для получения высокотемпературного тепла, которое затем применяется для производства электроэнергии в обычном цикле, чаще всего с помощью паровой турбины.
Однако непостоянство солнечной энергии создаёт множество проблем, связанных с хранением и предсказуемым использованием этого ресурса.
Фотоэлектрическая энергия вырабатывается только в течение дня, поэтому она не соответствует спросу на электроэнергию в вечернее время. Таким образом, чтобы КСЭ была экономически готова конкурировать с производством электроэнергии для базовой нагрузки в стране, электростанция должна быть способна вырабатывать электроэнергию на определённом уровне и работать стабильно, гарантируя определённый уровень выработки электроэнергии. Именно здесь на помощь приходит НТЭ.
Интеграция НТЭ в установки КСЭ даёт несколько важных преимуществ, в том числе более длительное время работы. Таким образом, НТЭ позволяет установкам КСЭ вырабатывать электроэнергию в течение необходимого времени при отсутствии прямого солнечного света, например ночью или в дождливый день.
У этой комбинации есть ещё одно преимущество: возможность повысить коэффициент мощности. НТЭ можно использовать для хранения тепловой энергии, вырабатываемой в пиковые солнечные часы. Таким образом, станции КСЭ могут работать с более высоким коэффициентом мощности, что повышает эффективность станции и её экономическую целесообразность.
Ещё одно преимущество связано с использованием технологии НТЭ в сочетании с КСЭ в отношении стабильности энергосистемы. Благодаря функции хранения энергии НТЭ может соотносить вырабатываемую энергию с потребляемой, что означает повышение стабильности энергосистемы и меньшую потребность в резервных электростанциях. Кроме того, за счёт повышения эффективности используемых компонентов энергоблоков и снижения использования резервных систем НТЭ также может снизить себестоимость электроэнергии на электростанциях КСЭ.
Как будет показано в этой статье, существует множество предложенных и проанализированных технологий НТЭ и способов их интеграции в установки КСЭ, однако требуются дальнейшие термодинамические исследования
компоновок установок КСЭ с новыми системами НТЭ. Эти исследования более ценны для дальнейшего совершенствования и модернизации предложенных моделей с точки зрения эффективности, а также для дальнейших исследований и разработок.
Цель этого специального исследования — провести подробное термодинамическое сравнение новой концепции установки КСЭ с интегрированной НТЭ и оценить её. Это делается для определения энергетической и эксергетической эффективности, тепловых потерь и скорости разрушения эксергии во время работы при различных условиях эксплуатации, чтобы оптимизировать производительность интегрированной системы.
В этой работе будут использоваться передовые модели симуляции и оценки вариантов, чтобы оценить взаимозависимость между различными компонентами солнечного поля, системой НТЭ и силовым блоком.
Новизна исследования заключается в том, что если понять и количественно оценить начальную термодинамику интегрированной системы КСЭ-НТЭ, то можно решить две важные проблемы, связанные с прерывистостью и эффективностью системы, которые возникают при использовании технологий КСЭ в данном исследовании.
Предлагаемая установка концентрированной тепловой энергии (КСЭ) с интегрированным накопителем тепловой энергии (НТЭ) состоит из трёх подсистем: солнечного поля, системы НТЭ и силового блока.
Солнечное поле представляет собой гелиостат (следящее за Солнцем зеркало), который собирает солнечный свет и концентрирует его на центральной приёмной башне.
По сравнению с параболическим коллектором-желобом, высокие рабочие температуры могут повысить общую эффективность системы. Поверхность центрального приёмника покрыта материалом с высокой поглощающей способностью.
Представлены и обсуждены термодинамические характеристики предлагаемой новой установки концентрированной солнечной энергии (КСЭ) с интегрированным накопителем тепловой энергии (НТЭ).
Анализ проводится с учётом энергетической и эксергетической эффективности различных компонентов установки, принимая во внимание традиционно используемые установки КСЭ. Также представлен анализ чувствительности общей производительности установки к изменениям ключевых параметров.
Технология концентрированной солнечной энергии (КСЭ), которая вырабатывает электричество из тепловой энергии, получаемой от солнца, становится жизнеспособным решением во всём мире для обеспечения экологически чистой и устойчивой энергии. К сожалению, непостоянство солнечной энергии создаёт значительные трудности для её внедрения и использования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Васильев Ю.С., Хрисанов Н.И. Экология использования возобновляющихся энергоисточников. Л.: Изд-во ЛГУ, 1991. - 343 с.;
2. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию //Беляев Л.С., Марченко О.В., и др.-Новосибирск: Наука, 2000. - 269 с.;
3. Новая энергетическая политика России. Под общ. ред. Ю.К. Шафраника. М.: Энергоатомиздат, 1995. - 512 с.;
4. Роль возобновляемых источников энергии в энергетической стратегии России. Национальный доклад - М., 1999. [Электронный ресурс]. URL: https: //w. inter-solar. ru;
5. Виссарионов В.И., Кузнецова В.А., Малинин Н.К., и др. Расчет ресурсов ветровой энергетики. - М.: Изд-во МЭИ, 1997. - 32 с
Mitsura D.I., Novikov I.K., Rakhimbulov V.E.
Mitsura D.I.
student of the Department of Electrical and Thermal Power Engineering
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Novikov I.K.
Student of the Department of Electrical and Thermal Power Engineering
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Rakhimbulov V.E.
Student of the Department of Electrical and Thermal Power Engineering
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
THERMODYNAMIC ANALYSIS OF THE NEW CONCENTRATED SOLAR POWER PLANT WITH BUILT-IN HEAT ENERGY STORAGE
Abstract: this article describes one of the ways to improve energy generation in a solar power plant.
Keywords: renewable energy, solar energy, solar power plant.
