태양열 발전소. 태양열 집광기. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전

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이러한 발전소는 렌즈와 반사경을 사용하여 태양 에너지를 집중시킵니다. 이 열은 저장될 수 있기 때문에 이러한 발전소는 낮이나 밤, 날씨에 상관없이 필요에 따라 전기를 생산할 수 있습니다.

점 또는 선 초점의 대형 거울은 물이 증기로 변할 정도로 태양광선을 집중시켜 터빈을 회전시키기에 충분한 에너지를 방출합니다. 회사 "Luz Corp." 캘리포니아 사막에 그러한 거울의 거대한 필드를 설치했습니다. 그들은 354MW의 전기를 생산합니다. 이 시스템은 약 15%의 효율로 태양 에너지를 전기로 변환할 수 있습니다.

태양광 연못을 제외하고 설명된 모든 기술은 집광 장치를 사용하여 높은 온도를 달성하며, 이는 더 큰 표면에서 수신기의 더 작은 표면으로 태양 빛을 반사합니다. 일반적으로 이러한 시스템은 농축기, 수용기, 냉각수, 저장 시스템 및 에너지 전송 시스템으로 구성됩니다.

태양열은 다양한 방법으로 절약할 수 있습니다. 현대 기술에는 포물선형 집광 장치, 태양 포물면 거울 및 태양광 발전 타워가 포함됩니다. 이는 화석 연료 연소 플랜트와 결합될 수 있으며 경우에 따라 열 저장에 적합합니다. 이러한 하이브리드화 및 축열의 주요 장점은 이러한 기술이 급전 가능한 전력 생산을 제공할 수 있다는 것입니다(즉, 필요할 때 전력 생산을 수행할 수 있음). 하이브리드화와 축열은 생산된 전기의 경제적 가치를 높이고 평균 비용을 낮출 수 있습니다.

포물선(트레이) 시스템

이러한 설비에서는 냉각수 유체가 들어 있는 수용 튜브에 햇빛을 집중시키는 포물선형 거울(트레이)을 사용합니다. 이 액체는 거의 400°C까지 가열되고 일련의 열 교환기를 통해 펌핑됩니다. 이는 기존 터보 발전기를 구동하여 전기를 생산하는 과열 증기를 생성합니다. 열 손실을 줄이기 위해 수용 튜브는 원통의 초점선을 따라 배치된 투명한 유리 튜브로 둘러싸일 수 있습니다. 일반적으로 이러한 설치에는 단일 축 또는 이중 축 태양 추적 시스템이 포함됩니다. 드문 경우지만 그들은 고정되어 있습니다.

이 기술의 추정치는 타워형 및 접시형 태양광 발전소보다 비용이 더 높은 것으로 나타났습니다. 이는 주로 낮은 태양 복사 농도로 인해 온도가 낮아져 효율성이 높아지기 때문입니다. 그러나 더 많은 운영 경험, 향상된 기술 및 더 낮은 운영 비용으로 인해 포물선형 집광기는 가까운 미래에 가장 저렴하고 가장 신뢰할 수 있는 기술이 될 수 있습니다.

Luz International이 80년대 남부 캘리포니아 사막에 건설한 이 시스템 중 1984개는 현재까지 가장 큰 태양열 발전 시설을 구성합니다. 이 발전소는 남부 캘리포니아 전력망에 전기를 공급합니다. 13,8년에 Luz International은 Daggette(캘리포니아 남부)에 343MW 용량의 태양광 발전 시스템 I(또는 SEGS I) 태양광 발전 시스템을 설치했습니다. 수용관에서는 기름을 6℃의 온도로 가열하고 증기를 발생시켜 전기를 생산했다. "SEGS I" 디자인은 XNUMX시간의 열 저장을 제공합니다. 태양 복사가 없을 때 사용되는 천연 가스 용광로를 사용했습니다.

같은 회사는 30MW 용량의 유사한 발전소 "SEGS II - VII"를 건설했습니다. 1990년에 Harper Lake에 각각 80MW의 용량을 갖춘 "SEGS VIII 및 IX"가 건설되었습니다. 수많은 입법적, 정치적 어려움으로 인해 Luz International과 그 계열사는 25년 1991월 240일 파산 신청을 했습니다. SEGS I - IX 스테이션은 이제 Southern California Edison과의 기존 계약에 따라 다른 회사에서 운영됩니다. "SEGS X, XI, XII" 건설 계획은 포기되어야 했으며, 이는 계획된 용량 중 추가로 XNUMXMW가 손실되었음을 의미합니다.

솔라 플레이트 유형

이러한 유형의 태양계는 각 접시의 초점에 있는 수신기에 태양 에너지를 집중시키는 포물선 접시 거울(위성 접시와 모양이 유사) 배터리로 구성됩니다. 수신기의 액체는 1000°C로 가열되어 수신기에 연결된 소형 모터와 발전기에서 전기를 생산하는 데 직접 사용됩니다.

또한, 모듈식 설계 덕분에 이러한 시스템은 전력망에 연결된 독립형(킬로와트) 소비자와 하이브리드(메가와트) 소비자 모두의 전기 수요를 충족하기 위한 최적의 옵션입니다. 이 기술은 여러 프로젝트에서 성공적으로 구현되었습니다. 그 중 하나가 미국 조지아주의 STEP(Solar Total Energy Project) 프로젝트다. 이것은 1982년부터 1989년까지 작동된 대규모 포물선 거울 시스템입니다. 셰넌도어에서. 그것은 각각 직경이 114미터인 7개의 거울로 구성되었습니다. 이 시스템은 동일한 편직 공장에서 발전용 고압 증기, 편물 생산용 중압 증기, 공조 시스템용 저압 증기를 생산했습니다. 1989년 XNUMX월, 발전소는 주 터빈 손상과 발전소 수리 자금 부족으로 인해 발전소를 폐쇄했습니다.

스털링 및 브레이튼 엔진은 현재 개발 중입니다. 7kW에서 25kW에 이르는 여러 파일럿 시스템이 미국에서 운영되고 있습니다. 높은 광학 효율성과 낮은 초기 비용은 미러/모터 시스템을 모든 태양광 기술 중에서 가장 효율적으로 만듭니다. 스털링 엔진과 포물선 거울 시스템은 태양 에너지를 전기로 가장 효율적으로 변환하는 세계 기록을 보유하고 있습니다. 1984년 캘리포니아의 Rancho Mirage는 29%의 실용적인 효율성을 달성했습니다.

Sandia National Lab과 Cummins Power Generation의 합작 회사는 현재 7,5kW 시스템 상용화를 시도하고 있습니다. Cummins는 10년까지 연간 000대를 판매하기를 희망합니다. 다른 회사들도 포물면 거울과 스털링 엔진을 함께 사용하는 데 관심을 갖게 되었습니다. 따라서 Stirling Technology, Stirling Thermal Motors 및 Detroit Diesel은 Science Application International Corporation과 함께 스털링 엔진을 기반으로 한 2004kW 시스템을 개발하기 위해 자본금 36만 달러의 합작 투자 회사를 설립했습니다.

중앙 수신기가 있는 태양광 발전소

이 시스템은 헬리오스타트 반사경의 회전 필드를 사용합니다. 그들은 열 에너지를 흡수하고 터보 발전기를 구동하는 타워 꼭대기에 설치된 중앙 수신기에 햇빛을 집중시킵니다. 컴퓨터로 제어되는 이축 추적 시스템은 반사된 태양 광선이 고정되어 항상 수신기에 떨어지도록 헬리오스탯의 위치를 ​​지정합니다. 리시버에서 순환하는 액체는 열을 증기 형태로 축열기로 전달합니다. 증기는 터빈을 회전시켜 전기를 생산하거나 산업 공정에 직접 사용됩니다. 수신기 온도 범위는 538~1482°C입니다.

남부 캘리포니아 바스토우(Barstow) 근처에 있는 Solar One이라는 최초의 타워형 발전소는 이 기술을 사용하여 전기를 생산하는 데 성공했습니다. 이 회사는 1980년대 중반에 운영되었습니다. 10 MWe 수증기 시스템을 사용했습니다. 1992년 미국 에너지 기업 컨소시엄은 용융염 수용기와 축열 시스템을 시연하기 위해 Solar One을 업그레이드하기로 결정했습니다. 열 저장 덕분에 타워형 발전소는 최대 65%의 부하율로 전기를 공급할 수 있는 독특한 태양광 기술이 되었습니다. 이러한 시스템에서는 용융염이 288°C 온도의 "차가운" 탱크에서 펌핑되어 수용기를 통과하고, 그곳에서 565°C로 가열된 다음 "뜨거운" 탱크로 되돌아갑니다. 이제 뜨거운 소금을 사용하여 필요에 따라 전기를 생산할 수 있습니다. 이러한 설비의 현대 모델에서는 열이 3~13시간 동안 저장됩니다.

캘리포니아에 있는 10MW 타워형 발전소인 Solar Two는 대규모 산업용 발전소의 프로토타입입니다. 1996년 3월 처음으로 전기를 생산하여 용융염 기술을 입증하기 위한 550년간의 테스트, 평가 및 파일럿 발전 기간이 시작되었습니다. 태양열은 30°C의 용융염에 저장되므로 발전소는 날씨에 상관없이 주야간 전기를 생산할 수 있습니다. Solar Two 프로젝트가 성공적으로 완료되면 200~XNUMXMW 전력 범위의 산업 기반 타워 건설이 촉진될 것입니다.

사양 비교

표에는 세 가지 태양열 발전 옵션의 주요 특성이 요약되어 있습니다. 타워와 포물선형 집선기는 30-200MW 용량의 대규모 그리드 연결 발전소에서 최적으로 작동하는 반면, 플레이트형 시스템은 모듈로 구성되어 독립형 설치와 총 용량이 여러 개인 그룹으로 모두 사용할 수 있습니다. 메가와트. 포물선형 원통형 발전소는 오늘날 가장 발전된 태양 에너지 기술이며 가까운 미래에 사용될 가능성이 있는 발전소입니다. 타워형 발전소는 효율적인 열 저장 용량으로 인해 가까운 미래에 태양광 발전소가 될 수도 있습니다.

"트레이"의 모듈식 특성으로 인해 소규모 설치에서 사용할 수 있습니다. 타워와 "접시"를 사용하면 포물선형 집광기보다 저렴한 비용으로 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 더 높은 효율 값을 얻을 수 있습니다. 그러나 이러한 기술이 필요한 자본 비용 절감을 달성할 수 있는지 여부는 불분명합니다. 포물선 집중 장치는 이제 입증된 기술로 개선될 수 있는 기회를 기다리고 있습니다. 타워 발전소는 저렴한 헬리오스타트를 사용하여 용융염 기술의 효율성과 운영 신뢰성을 입증해야 합니다. 포펫형 시스템의 경우 최소한 하나의 상용 엔진을 만들고 저렴한 집중 장치를 개발해야 합니다.

태양열 발전소의 특성

(p) = 예측; (d) = 사실

주요 태양열 기술 비교

화력 태양광 발전소의 일부 경제성 및 설계 문제

화력 태양광 발전소에서 생산되는 전기 비용은 여러 요인에 따라 달라집니다. 여기에는 자본 비용, 운영 및 유지 관리 비용, 시스템 성능이 포함됩니다. 그러나 기술 비용과 최종 전력 생산 비용은 해당 기술과 직접적으로 관련되지 않은 외부 요인의 영향을 많이 받는다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 소규모 독립형 설치 형태의 포물선형 집중 장치 및 타워는 상당히 비쌀 수 있습니다. 비용을 줄이고 화석 연료를 사용하는 현대식 발전소와의 경쟁력을 갖추기 위해서는 전력을 점진적으로 늘리고 여러 에너지 시설이 한 부지에 위치하는 태양 에너지 센터를 건설해야 합니다. 또한 이러한 기술이 기존 연료를 대체함에 따라 세금 규제는 경쟁력에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

비용 대 가치

축열 및 하이브리드화를 통해 태양열 발전소는 지속 가능하고 유연한 전력 공급원이 될 수 있습니다. 필요할 때 전기를 생산할 수 있고 신뢰할 수 있습니다. 결과적으로, 송전된 전력은 새로운 발전소를 건설하고 운영할 필요성을 상쇄하기 때문에 전력회사에 높은 가치를 갖습니다. 이는 태양열 발전소가 기존 발전소보다 비용이 더 많이 들 수 있지만 그 가치는 더 클 수 있다는 것을 의미합니다.

태양광 발전소의 장점

태양열 발전소는 전통적인 화석 연료 발전소보다 1,7배 더 숙련된 고임금 일자리를 창출합니다. 캘리포니아 에너지 위원회(California Energy Commission)가 실시한 연구에 따르면, 기존 세금 공제가 적용되더라도 태양열 발전소는 동일한 용량의 복합 사이클 발전소보다 연방 및 지방세를 약 XNUMX배 더 많이 지불하는 것으로 나타났습니다. 만약 이들 발전소에 동일한 세금이 부과된다면, 그곳에서 생산되는 전기 비용은 거의 같을 것입니다.

잠재력

지구 사막의 단 1%만 깨끗한 태양열 전기를 생산하는 데 사용된다면 현재 전 세계적으로 화석 연료를 태워 생산되는 것보다 더 많은 전기를 생산할 것입니다.

조사 결과

태양광의 집중을 기반으로 태양열 발전을 생성하는 기술은 다양한 개발 단계에 있습니다. 포물선형 집광기는 이미 산업 규모로 사용되고 있습니다. 모하비 사막(캘리포니아)의 설치 용량은 354MW입니다. 솔라타워형 발전소가 실증사업 단계를 거치고 있다. 10MW 용량의 "Solar Two"라는 파일럿 프로젝트가 미국 Barstow에서 테스트되고 있습니다. 식기형 시스템은 실증사업 단계를 거치고 있다. 여러 프로젝트가 디자인 개발 중입니다. 25kW 프로토타입 스테이션이 Golden(미국)에서 운영되고 있습니다. 태양열 발전소는 확대되고 있는 세계 재생 에너지 시장에서 매우 매력적인 기술로 만드는 여러 가지 기능을 갖추고 있습니다.

우크라이나에서는 80년대 소련의 통치 하에 크림 자치공화국 레닌스키 지역의 Shchelkino 시 근처에 5MW 용량의 실험용 태양광 발전소가 건설되었습니다. 페레스트로이카 기간 동안 태양광 발전소가 국가로부터 재정 지원을 잃었을 때 태양광 발전소는 자체 운영 비용을 회수할 수 없었습니다. 태양광 발전소가 폐쇄되고 도난당했습니다. 2005년 우크라이나 연료에너지부의 결정에 따라 태양광 발전소가 최종적으로 해체되었습니다.

태양열 발전소는 지난 수십 년 동안 어려운 여정을 거쳐왔습니다. 지속적인 개발 작업을 통해 이러한 시스템은 화석 연료에 대한 경쟁력을 높이고 신뢰성을 높이며 계속 증가하는 전기 수요에 대한 심각한 대안을 제공해야 합니다.

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