وسایل مورد نیاز : مقوا ، فویل آلومینیومی
1-7_ مقدمه :
در حال حاضر تکنولوژی نیروگاههای خورشیدی با استفاده از متمرکز کننده‌ی سهومی خطی، قابل توجه‌ترین روش در بین روش‌های حرارتی-برقی برای تولید انرژی تجدیدپذیر می‌باشد. این تکنولوژی برای اولین بار از سال ۱۹۸۴ در صحرای مجاو کالیفرنیای آمریکا به کار گرفته شد ولی بعدها- هم به صورت خورشیدی و هم به صورت هیبرید- در کشورهایی مانند اسپانیا، مصر، مراکش و عمارات به کار گرفته شد. این نیروگاهها که بر اساس ویژگی‌های آب و هوای روزانه کار میکنند، حدود ۱۴ تا ۸۰ مگاوات برق تولید میکنند.
شکل زیر نشان دهنده‌ی روندی است که اکثر نیروگاههای حرارتی برقی امروزی بر اساس آن کار میکنند. یک کلکتور خطی سهموی، یک آینه‌ی ساده‌ی سهمی شکل است که اشعه‌ی خورشید را از محور طبیعی‌اش به محور خودش منحرف می‌کند (مانند شکل). مقطع آینه، یک منحنی سهمی شکل است و علت نام گذاری آن به خاطر همین موضوع است. شعاع انحنای این آینه‌ها حدود ۱ تا ۴ برابر فاصله کانونی است و نسبت تمرکز متداول، چیزی حدود ۸۰ می‌باشد ولی با استفاده از مقیاس‌های بزرگ‌تر، این مقدار می‌تواند بیشتر نیز باشد. این آینه‌ی سهمی شکل در امتداد محوری کشیده شده است که در واقع، خط کانون سهمی است. در محل محور مذکور یک کلکتور نصب می‌گردد که لوله‌ی جاذب نام دارد. آینه‌ها و لوله‌ها روی یک سازه‌ی فولادی نصب می‌گردند تا محکم در جای خود قرار گیرند (به شکل توجه شود). این سازه هر روز خورشید را از شرق به غرب دنبال میکنند تا این اطمینان حاصل شود که پرتوهای خورشید به دریافت کننده‌ی خطی می‌تابد.
2-7_ نیروگاه خورشیدی با سیستم برج مرکزی (CRS) :
نیروگاه شامل سه قسمت اصلی است: مزرعه‌ی خورشیدی، سیستم ذخیره سازی و بلوک قدرت. این سه قسمت از طریق دو مبدل حرارتی با یکدیگر ادغام می‌شوند. یک سیال حامل (HTF) در مرکز کلکتورها واقع در مزرعه‌ی خورشیدی گرم می‌شود. این مایع در چند مبدل حرارتی گردانده می‌شود تا بخاری با فشار بالا تولید کند. سپس بخار وارد چرخه رانکین شده تا توربین‌هارا تحریک کند. بخار با انرژی تخلیه شده به مایع تبدیل شده و برای گرم شدن مجدد آماده می‌شود.
وقتی توان گرمایی مزرعه‌ی خورشیدی به الزامات بلوک توان رسید، مازاد گرما، از طریق یک مبدل گرما به نمک مذاب(نمک نیترات مذاب) منتقل می‌شود. نمک مذاب گرم شده، در تانک نمک ذخیره می‌شود. تخلیه‌ی نمک از تانک گرم برای گرم کردن مجدد روغن HTF در همان مبدل گرما رخ می‌دهد با این تفاوت که وقتی مزرعه‌ی خورشیدی میزان توان کافی برای تولید بخار را ندارد، جریان انتقال گرمای نمک در مبدل به صورت عکس می‌باشد یعنی از تانک نمک گرم به لوله های روغن گرما منتقل شده وسیکل طی می شود.
برای بهره‌گیری بیشتر و افزایش بازدهی لوله دریافت کننده سطح آن را با اکسید فلزی پوشش میدهند و همچنین در محیط اطراف آن لوله شیشه‌ای پوشیده می‌شود تا از تلفات گرمایی و افت تشعشعی جلوگیری گردد و از لوله دریافت کننده نیزمحافظت بعمل آید.ضمناً بین این دو لوله خلاء بوجود می‌آوردند برای آنکه پرتوهای تابشی خورشید در تمام طول روز به صورت مستقیم به لوله دریافت کننده برسد.
در این نیروگاه ها یک سیستم ردیاب خورشید نیز وجود دارد که بوسیله آن آینه‌های سهموی دائماً خورشید را دنبال میکنند و پرتوهای آن را روی لوله دریافت کننده متمرکز می‌نمایند.
در روزهای گرم و طولانی تابستان، یک نیروگاههای خورشیدی با استفاده از متمرکز کننده سهموی می تواند حدود ۱۰ تا ۱۲ ساعت با توان نامی خود کار می‌کند.
تغییرات تابش خورشید در این نیروگاهها توسط منبع ذخیره حرارتی و سوخت فسیلی جبران می‌شود.
نیروگاه های حرارتی خورشیدی از نوع سیستم کلکتور سهموی خطی شامل ردیف های موازی و طولانی از متمرکز کننده ها می باشد. بخش متمرکز کننده شامل سطوح انعکاسی سهموی است که از جنس آینه های شیشه ای می باشند و روی یک سازه نگهدارنده قرار می گیرند. دریافت کننده انرژی شامل لوله های جاذب استوانه ای شکل با پوشش انتخابی هستند که بوسیله شیشه پیرکس پوشانده می شوند و در طول خط کانونی قرار می گیرند.بخش دریافت کننده در قسمت های انتهایی روی دو تکیه گاه قرار گرفته اند که این مجموعه روی تیرکهای اصلی سازه سوار است. سیستم ردیابی در این دستگاه ها تک محوره بوده و ردیابی خورشید از شرق به غرب بر روی تک محور دورانی انجام می گیرد بگونه ای که پرتوهای خورشیدی در تمام مدت ردیابی بر روی لوله های جذب کننده کانونی می شوند. یک سیال انتقال حرارت، بطور مشخص روغن، در دمای بیش از 400 درجه سانتیگراد از میان لوله های جاذب در جریان می باشد و روغن داغ در مبدل های حرارتی، آب را به بخار تبدیل می کند و بخار فوق داغ طی سیکل رانکین از توربین و ژنراتور انرژی الکتریکی تولید می کند.
مزایای نیروگاه سهموی خطی :
پیوند ساده با سیستم پشتیبان با سوخت نفت یا گاز طبیعی.
امکان تولید گرما و برق همزمان.
تولید بخار برای مصارف سیستم های غیرنیروگاهی(صنایع نفت و...)
تولید آب شیرین
معایب نیروگاه سهموی خطی :
برای تمیزکاری و سرمایش، به آب نیاز است.
اتلاف های قابل ملاحظه‌ای در زاویه تابش به دلیل دنبال کننده‌های تک محوری وجود دارد.
دمای بخار تولید شده به انرژی خورشید محدود می شود .
3-7_ اجزاء اصلی نیروگاههای دریافت کننده مرکزی :
منعکس‌کننده از نوع آینه‌های سهموی
دریافت‌کننده تابش خورشیدی که پرتوهای منعکس شده را جذب کرده و موجب گرمایش سیال انتقال دهنده گرما می شود
مکانیزم حرکت دهنده (تک محوری) کلکتورهای سهموی به منظور ردیابی خورشید و کنترل کننده ها
اسکلت فلزی نگهدارنده و فونداسیون
سیستمهای مربوط به تولید قدرت الکتریکی
تجهیزات مربوط به انتقال گرما
تجهیزات مربوط به تولید الکتریسیته و دفع گرمای تلف شده به محیط خارج
آب مورد نیاز نیروگا ههای CSP
نیروگاه های CSP از سیکل بخار استفاده یکنند(سهموی خطی، فرنل و دریافت کننده مرکزی) لذا به خنک کننده نیاز دارند (یعنی 2 تا 3 مترمکعب آب برای هر مگاوات ساعت) تا بخار خروجی از توربین را متراکم نمایند. همانطور که میدانید مناطقی که روی کمربند خورشیدی واقع شده اند با کمبود آب مواجه هستند، لذا برجهای خنک کننده مرطوب یا خشک برای نیروگاه های CSP مورد نیاز می باشد. به طور کلی برج های خنک کننده خشک(هوا) بسیار گران تر و کم بازده تر از برج های خن ککننده مرطوب می باشند. آنها تولید برق را 7% کاهش داده و هزینه سرمایه گذاری اولیه را 10% افزایش میدهند ولی در مقایسه، تنها به 10% آب مورد نیاز برج های خنک کننده مرطوب احتیاج دارند.
استفاده از CSP ها برای نمک زدایی آب
نیروگاه های CSP برای تولید برق طراحی شده اند ولی این نیروگاهها در کنار تولید برق خود، حرارت های بالا نیز تولید می نمایند که می توان از این حرارت برای استفاده در گرمایش صنعتی، آب شیرین کن ها، تولید سوختهای مصنوعی)گاز سنتز(، افزایش بازیافت و پالایش نفت بهره گرفت.
تولید مشترک برق، حرارت و آب شیرین، مورد توجه مناطق خشک قرار گرفته که در آنها نیروگاه های CSP ، برق مورد نیاز برای نمک زدایی آب به روش اسمز معکوس را تولید میکنند و یا از حرارت در روش تقطیر حرارتی برای شیرین کردن آب بهره میگیرند.
5-7_ نیروگاه خورشیدی بسازید !
در ابتدا باید اشاره کرد ، برای رسم یک سهمی و پیدا کردن نقطه کانونی آن نیاز به محاسبات اولیه است ، که این محاسبات و فرمول به عنوان تکلیف بر عهده دانش آموز است . اکنون به عنوان نمونه میخواهیم یک سهمی با رابطه رسم کنیم . با استفاده از نقاط مشخص این سهمی را رسم می کنیم .
حال کاغذ را برش زده و با استفاده از آن مقوا را نیز به همان شکل می بریم .
سپس بر روی آن فویل آلومینیومی (و یا آینه های منعطف) میکشیم و آن را کاملا ثابت و صاف میکنیم .
حال با ایجاد یک پایه در مرکز سهمی (خط کانونی) می توان گرمای مورد نیاز را دریافت کرد . همچنین می توانید از یک خوراکی به عنوان آزمایش استفاده کنید و پخته شدن آن را مشاهده کنید !
تکلیف 1 : محاسبات مربوط به سهمی و نقطه کانونی آن را بدست آورید .
تکلیف 2 : بیشتر چه سیالی در این نوع نیروگاه ها مورد استفاده قرار میگیرد و مزایا و معایب آن چیست ؟
منابع مطالعه :
1_ کتاب 50 پروژه کاربردی با انرژی خورشیدی-نوشته گیوین دی.جی.هارپر-ترجمه محمد حسین مهربان و بهار پورشاهیان
2_ کتاب مبانی انرژی خورشیدی – نوشته دافی و بکمن
تنظیم کننده: محبوبه همت
مطالب مرتبط:
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه اول
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه دوم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه سوم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه چهارم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه پنجم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه ششم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه هفتم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه هشتم
