Der Solarturm zur Stromerzeugung

Ein Solar Power Tower, auch bekannt als Central Receiver, ist der große Vater aller konzentrierenden Solarkollektoren. Solartürme verwenden Hunderte, wenn nicht Tausende kleiner, der Sonne nachgeführter, verspiegelter Solarschalenkollektoren, die als Heliostaten bezeichnet werden, ähnlich denen in den vorherigen Parabol- und Schalenkollektor-Tutorials, die verwendet werden, um das Sonnenlicht direkt auf eine zentral angeordnete Wärme zu reflektieren absorbierender Empfänger.

Der Name des Solarturms kommt von der Tatsache, dass die konzentrierte Solarenergie oder CSP nicht auf den Brennpunkt jeder Heliostatenschüssel, sondern auf die Spitze eines sehr hohen vertikalen Turms fokussiert wird. Das Sonnenlicht von vielen spiegelähnlichen Reflektoren, die über eine große Fläche verteilt sind, wird auf einen zentralen Punkt fokussiert, wodurch eine extrem hohe Temperatur erreicht wird, die zur Erzeugung von Hochdruckdampf verwendet wird, der dann zur Stromerzeugung verwendet wird.

Ein Energieturm verfügt über eine kreisförmige Anordnung von großen, zweiachsig nachgeführten reflektierenden Schalen oder flachen Heliostaten mit mehreren Spiegeln auf dem Boden, die tagsüber genau dem Weg der Sonne über den Himmel folgen. Diese reflektierenden Schalen fangen das Sonnenlicht ein und konzentrieren es auf einen zentralen Empfänger, der an der Spitze des hohen „Solarturms“ montiert ist.

Diese “Heliostaten” sind im Grunde große Spiegel, die mit computergesteuerten Sonnennachführungsmechanismen ausgestattet sind, die die Spiegel so ausgerichtet halten, dass die reflektierten Sonnenstrahlen immer auf den geschwärzten, wärmeabsorbierenden Empfänger gerichtet sind, wodurch ein Brennpunkt entsteht. Bei Heliostaten mit mehreren Spiegeln ist die Position und Ausrichtung der einzelnen Spiegel auf der Stützstruktur für jeden Heliostaten innerhalb desselben Heliostatenfelds unterschiedlich, um seine relative Position und seinen Winkel zum Turm zu berücksichtigen.

Layout und Positionierung des Heliostatenfelds werden durch die Position des Solarturms selbst und seine geografische Lage bestimmt. Heliostaten, die sich am nächsten zum Solarturm befinden, sind am effizientesten, da das reflektierte Sonnenlicht eine kürzere Strecke durch die Luft zurücklegen muss. Auch die nächstgelegenen Heliostaten sind weniger anfällig für Abschattungen durch ihre benachbarten Heliostaten, werden aber vom Turm beeinflusst. Da sie näher sind, erfordern sie auch eine weniger genaue Sonnennachführung der Sonne.

Weit entfernt vom Solarturm platzierte Heliostaten sind jedoch weniger effizient, da die Stärke der reflektierten Sonnenenergie mit zunehmender Entfernung abnimmt. Die äußeren Heliostaten müssen weiter entfernt von ihren benachbarten Heliostaten installiert werden, um Abschattungen zu vermeiden, und erfordern hochpräzise Nachführmechanismen, um das reflektierte Sonnenlicht an der richtigen Position auf dem Turm zu halten.

Auch die Höhe des Solarturms, auf dem der Zentralempfänger montiert ist, spielt bei der Auslegung des Heliostatenfeldes eine Rolle. Höhere Türme zwischen 80 und 110 Metern (250 bis 350 Fuß) werden bevorzugt, da größere dichtere Heliostatenfelder verwendet werden können, wodurch die Auswirkungen der Abschattung und auch der Landnutzung reduziert werden. Dies wird jedoch durch erhöhte Turm- und Installationskosten sowie die Kosten für extrem präzise Verfolgungsanforderungen für einen Großteil des Heliostatenfelds und nicht nur für die am weitesten entfernten ausgeglichen.

Solar Power Tower and Heliostats

Ein Hochtemperatur-Wärmeübertragungsfluid oder Arbeitsmedium im zentralen Empfänger absorbiert die hochkonzentrierte Strahlung, die vom Heliostatenfeld reflektiert wird, und wandelt diese Wärmeenergie in überhitzten Hochdruckdampf um, der am Boden verwendet wird, um eine Reihe von Turbinen zu drehen, ähnlich wie ein traditionelles Kraftwerk zur Stromerzeugung.

Durch die Fokussierung des Sonnenlichts und damit die Konzentration der solarthermischen Energie auf diese Weise können sehr hohe Temperaturen von 800 °C bis weit über 1.000 °C erreicht werden. Allerdings werden nicht alle Heliostaten verwendet, um ihre reflektierte Sonnenenergie zur gleichen Zeit oder am gleichen Brennpunkt auf den Turm zu konzentrieren, da extrem höhere Temperaturen dazu führen können, dass der Empfänger überhitzt und schmilzt.

Das für die meisten modernen Solarkraftwerkstypen verwendete Wärmeübertragungsmedium umfasst Wasser/Dampf, geschmolzene Salze, flüssiges Natrium, Öl und sogar Luft. Frühe Solarturmkonstruktionen konzentrierten die Sonnenstrahlen, um reines Wasser in einem Hochdruck-Kaltwassertank zu erhitzen, der oben auf dem Turm montiert war, und nutzten dann den dabei erzeugten Dampf, um einen Turbinengenerator anzutreiben.

Heutzutage verwendet der neuere Solarturm geschmolzenes Salz wie Natriumnitrat (NaNO3) als effizientes Übertragungsmedium, aber Wasser wird immer noch als Kühlmittel für den Receiver verwendet. Die Verwendung von geschmolzenem Salz bedeutet, dass die aufgenommene Wärme viele Stunden gespeichert und nachts oder an Tagen mit geringer Sonneneinstrahlung genutzt werden kann.

Das vorgewärmte flüssige Salz mit einer Temperatur von etwa 300 °C wird nach oben gepumpt Turm von einem Kältespeichertank durch den wärmeabsorbierenden zentralen Empfänger, wo es durch das konzentrierte Sonnenlicht auf über 600 °C erhitzt wird und dann mit Hilfe der Schwerkraft den Turm hinunter in einen Speichertank für heiße Flüssigkeiten fließt, um später von der Erzeugungsanlage verwendet zu werden.< /p>

Wenn das Kraftwerk am Fuß des Turms Strom benötigt, wird das heiße gespeicherte flüssige Salz zu einer Wärmetauscherkonstruktion gepumpt, die überhitzten Dampf für den Turbinengenerator erzeugt. Das Salz kühlt ab, wenn es seine Wärmeenergie an das Wasser abgibt, und wird zurück in den Kältespeicher geleitet, wo es vom solarthermischen Empfänger wieder aufgeheizt wird.

Dieses Flüssigsalz-Solarkonzentrator-Design ermöglicht die Erzeugung von elektrischem Strom auch dann, wenn die Sonne nicht scheint. Ein wesentlicher Nachteil der Verwendung von Flüssigsalz besteht jedoch darin, dass das Salz auch während des Standbys oder ohne Sonneneinstrahlung immer in flüssigem Zustand in der Anlage gehalten werden muss, um zu verhindern, dass es sich verfestigt und die Rohre oder die eigentliche Leitung verstopft Solarempfänger an der Spitze des Turms.

Praxistauglichkeit von Solarstromtürmen

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Solarstromtürmehaben viele Vorteile gegenüber anderen Formen konzentrierter Solarenergiesysteme zur Stromerzeugung. Sie sind ein umweltfreundliches Solarkraftwerk ohne Emissionen (mit Ausnahme des gestreuten Sonnenlichts), das in der Lage ist, über lange Zeiträume kontinuierlich Strom zu erzeugen, solange es über eine Möglichkeit verfügt, die kostenlose Wärmeenergie, die von der Sonne kommt, zu speichern. Ein solches Speichermedium, das in modernen Solarturmanlagen verwendet wird, ist geschmolzenes Salz.

Obwohl derzeit Solartürme Strom produzieren, der mehr kostet als Strom aus fossilen Brennstoffen, hauptsächlich weil es sich um eine relativ neue Technologie handelt, haben Solartürme das Potenzial, höhere Wirkungsgrade von bis zu 20 % zu erreichen, und können durch Hinzufügen von leicht erweitert werden mehr Heliostaten als viele andere konzentrierende Solartechnologien, wodurch die Kosten gesenkt und seinen Kunden über einen langen Zeitraum zuverlässig Strom bereitgestellt wird.

Es gibt jedoch auch viele Nachteile von Solarstromtürmen. Solartürme und die sie umgebenden Heliostaten nehmen viel Land ein und befinden sich normalerweise in abgelegenen Wüstengebieten mit hoher Sonneneinstrahlung oder auf leeren Flächen, die neue Zugänge, Straßen und Strommasten erfordern, um das Solarkraftwerk mit dem nationalen Versorgungsunternehmen zu verbinden Netz. Auch die Größe, Höhe und gestreute Sonnenreflexion des Turms und des umgebenden Heliostatenfelds können sich negativ auf die lokale Umwelt und die Tierwelt auswirken.

Aber trotz der Tatsache, dass Solarturmkraftwerke groß sind und verbrauchen viel Land, benötigen sie immer noch viel weniger Platz als Wasserkraftwerke, die einen großen See hinter dem Damm erfordern, oder ein herkömmliches Kohlekraftwerk, das große Landflächen für die Lagerung und Verarbeitung der Kohle benötigt. Letztendlich wird die Gesamtgröße von Solarkraftwerken im Allgemeinen durch die maximale Entfernung vom Turm bis zur letzten Reihe von Heliostaten begrenzt.

Im nächsten Tutorial über Solarthermie werden wir uns ansehen, wie wir das machen können Verwenden Sie Solarthermie und Sonnenkollektoren, um Wasser als Teil eines Solar-Pool-Heizsystems zu erhitzen, sodass ein normaler Garten-Swimmingpool das ganze Jahr über genutzt werden kann.