Centrali solari a turbina a vapore. Schema, descrizione

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Impianti solari a turbina a vapore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Negli anni '70 del XX secolo, l'Unione Sovietica in Crimea e gli Stati Uniti in California costruirono centrali solari con turbine a vapore, la cui struttura è mostrata schematicamente in Fig. 3.2. Sulla torre 2 è installata una caldaia 3, sulla quale viene focalizzata la radiazione solare, raccolta da diversi ettari di superficie terrestre mediante specchi eliostatici. Gli eliostati 1 seguono il movimento del Sole nel cielo. Gli specchi di ciascun eliostato, con una superficie di diversi metri quadrati, dirigono i raggi del sole sulle pareti dello scambiatore di calore della caldaia, che produce vapore a temperature fino a 510°C.

La linea del vapore trasporta 5 vapori nella sala turbine, dove l'elettricità viene prodotta in un tradizionale ciclo di turbine a vapore. L'impianto dispone di un accumulatore di calore 4 - un contenitore del volume di diverse migliaia di m3, riempito di pietrisco, che viene riscaldato dal vapore “caldo” durante le ore di massima intensità della radiazione solare e rilascia calore dopo il tramonto.

Centrali solari a turbina a vapore
Fig.3.2. Diagramma SES: 1 - eliostati; 2 - torre; 3 - caldaia solare; 4 - accumulatore di calore; 5 - conduttura del vapore vivo; 6 - conduttura dell'acqua di alimentazione

La quantità totale di calore assorbita dal generatore di vapore SPP è

, W, (3.4)

dove - coefficiente di efficienza dell'uso della radiazione solare (varia tra 0,35.0,5 e 2), n - numero di eliostati, F - area degli specchi di un eliostato, m2, I - intensità della radiazione solare, W/mXNUMX.

Il lavoro svolto da un chilogrammo di vapore in un impianto di turbina a vapore nel ciclo Rankine è

kJ/kg,

efficienza termica

(3.5)

dove h₁ - entalpia del vapore vivo, h - entalpia del vapore scaricato nella turbina (determinata dal diagramma h - s del vapore acqueo), h_к - entalpia del condensato (determinata dalle tabelle delle proprietà termodinamiche dell'acqua e del vapore acqueo).

La potenza teorica della turbina a vapore SPP sarà

W, (3.6)

dove è l'efficienza interna relativa della turbina, - Efficienza del generatore elettrico (entro 0,92.0,96). La potenza effettiva dell'impianto solare è inferiore a quella teorica a causa del consumo di energia per il proprio fabbisogno (azionamento della pompa, ecc.).

Le centrali solari con turbine a vapore sono caratterizzate da elevati costi di capitale, principalmente a causa dell'elevato costo degli specchi eliostatici automatizzati. Il costo di 1 kilowatt di capacità installata presso la torre SPP Solar-1, così come presso la SPP della Crimea, è più di 10 volte superiore a quello tipico delle installazioni tradizionali. Un'altra soluzione tecnica, adottata negli Stati Uniti nel 1985, si è rivelata più economica. Invece di costosi specchi di vetro - eliostati, qui viene utilizzata una pellicola rivestita di metallo, tesa su cerchi con un diametro di 1,5 metri. Creando il vuoto sotto la pellicola, le conferiscono una forma parabolica. Questi specchi concavi concentrano la radiazione solare sui tubi in cui l'acqua di alimentazione dell'impianto con turbina a vapore viene riscaldata ed evaporata. Pertanto, questa centrale solare non necessita di una torre con un serbatoio generatore di vapore. Il costo di un kilowatt di capacità installata è stato ridotto di 1 volte rispetto a Solar-4, il costo per kilowattora di energia prodotta si è avvicinato a quello tipico delle centrali a carbone.

Presso l'SPP di Almeria (Spagna), il sodio liquido viene utilizzato come refrigerante nel circuito primario del generatore di vapore nella parte superiore della torre solare e acqua normale nel secondo circuito. Nella versione SES, sviluppata in Germania, i raggi del sole riscaldano l'aria compressa a 800°C, che aziona una turbina a gas. Il calore dell'aria scaricata in una turbina a gas viene quindi utilizzato nel ciclo della turbina a vapore. Di conseguenza, aumenta l'efficienza dello sfruttamento del calore dei raggi solari.

In Francia e in Italia sono stati costruiti numerosi impianti solari con turbine a vapore di varia capacità. Sono in fase di sviluppo progetti SPP con turbine a gas chiuse in cui il fluido di lavoro è l'elio. Parametri del refrigerante a elio davanti alla turbina: temperatura circa 600°C, pressione 0,8 MPa; L'efficienza di progettazione degli impianti è pari a circa il 25%.

Autore: Labeish V.G.

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