Usinas de energia solar de turbina a vapor. Esquema, descrição

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Usinas de energia solar com turbina a vapor. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Na década de 70 do século XX, a União Soviética na Crimeia e os Estados Unidos na Califórnia construíram usinas solares com turbinas a vapor, cujo dispositivo é mostrado esquematicamente na Fig. 3.2. A caldeira 2 está instalada na torre 3, na qual incide a radiação solar, recolhida em vários hectares da superfície terrestre por espelhos helióstatos. Helióstatos 1 rastreiam o movimento do Sol no céu. Os espelhos de cada heliostato com área de vários metros quadrados direcionam os raios solares para as paredes do trocador de calor da caldeira, onde é produzido vapor com temperatura de até 510°C.

Através da tubulação de vapor, 5 vapores são enviados para a casa de máquinas, onde a eletricidade é produzida em um ciclo tradicional de turbina a vapor. A instalação possui um acumulador de calor 4 - um recipiente com volume de vários milhares de m3, preenchido com brita, que é aquecido por vapor "quente" durante as horas de máxima intensidade de radiação solar e libera calor após o pôr do sol.

Usinas de energia solar de turbina a vapor
Fig.3.2. Esquema SES: 1 - helióstatos; 2 - torre; 3 - caldeira solar; 4 - acumulador de calor; 5 - tubulação de vapor vivo; 6 - tubulação de água de alimentação

A quantidade total de calor absorvida pelo gerador de vapor SPP é

, W, (3.4)

onde - coeficiente de eficiência da radiação solar (varia dentro de 0,35.0,5...2), n - número de heliostatos, F - área do espelho de um heliostato, m2, I - intensidade da radiação solar, W/mXNUMX.

O trabalho realizado por um quilograma de vapor em uma usina de turbina a vapor no ciclo Rankine é

kJ/kg,

eficiência térmica

(3.5)

onde h₁ - entalpia do vapor vivo, h - entalpia do vapor exaurido na turbina (determinado pelo diagrama de vapor h - s), h_к - entalpia do condensado (determinada a partir das tabelas de propriedades termodinâmicas da água e do vapor).

A potência teórica da turbina a vapor SPP será

W, (3.6)

onde é a eficiência interna relativa da turbina, - A eficiência do gerador elétrico (dentro de 0,92.0,96). A potência real da usina solar é menor que a teórica devido ao consumo de energia para as próprias necessidades (acionamento da bomba, etc.).

As usinas de energia solar com turbina a vapor são caracterizadas por altos custos de capital, principalmente devido ao alto custo dos espelhos helióstatos automatizados. O custo de 1 quilowatt de capacidade instalada na usina de energia solar da torre Solar-1, bem como na usina de energia solar da Criméia, é mais de 10 vezes maior do que o típico para instalações tradicionais. Outra solução técnica, implementada nos EUA em 1985, revelou-se mais econômica. Em vez de caros espelhos de vidro - helióstatos, é usado aqui um filme revestido de metal, esticado sobre aros com um diâmetro de 1,5 metros. Ao criar um vácuo sob o filme, eles lhe dão uma forma parabólica. Esses espelhos côncavos concentram a radiação do sol nos tubos nos quais a água de alimentação da turbina a vapor é aquecida e evaporada. Assim, esta SPP não necessita de torre com tanque gerador de vapor. O custo de um quilowatt de capacidade instalada foi reduzido em 1 vezes em relação ao Solar-4, o custo de um quilowatt-hora de energia gerada se aproximou daquela característica das usinas a carvão.

Na SPP "Almeria" (Espanha), o sódio líquido é usado como refrigerante no circuito primário do gerador de vapor no topo da torre solar, e água comum é usada no circuito secundário. Na variante SES, desenvolvida na Alemanha, os raios solares aquecem o ar comprimido até 800°C, que aciona uma turbina a gás. O calor do ar expelido na planta da turbina a gás é então usado no ciclo da turbina a vapor. Como resultado, a eficiência do uso do calor da luz solar aumenta.

Várias usinas de energia solar com turbinas a vapor de várias capacidades foram construídas na França e na Itália. Estão sendo desenvolvidos projetos de SES com usinas de turbinas a gás fechadas, nas quais o hélio é o fluido de trabalho. Parâmetros do refrigerante de hélio na frente da turbina: temperatura de cerca de 600°C, pressão de 0,8 MPa; a eficiência de projeto das unidades é de cerca de 25%.

Autor: Labeish V.G.

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