3. Паротурбінні СЕС

У 70-ті роки XX століття Радянським Союзом в Криму і Сполученими Штатами в Каліфорнії побудовані паротурбінні СЕС, пристрій яких схематично показаний на рисунку 3.1. Башта з приймачем розташовується на південному краї поля геліостатів, що обертаються услід за Сонцем. Дзеркала відбивають промені Сонця на теплоприймач, в якому утворюється високотемпературна пара (500-600°С), яка подається на парову турбіну, що обертає генератор. Звичайно СТЕС містять ще акумулятори сонячної енергії. Наприклад, сонячні ставки (Ізраїль). У Криму, в Щолкіно, в 1985 р. побудована СЕС-5 (зараз демонтована) з пароводяним акумулятором, працюючим паралельно з пароагрегатом. Геліостати відстежують рух Сонця по небозводу. Дзеркала кожного геліостата площею в декілька квадратних метрів направляють сонячні промені на стінки теплообмінника котлоагрегата, в якому виробляється пара з температурою до 510°С.

Рисунок 3.1 – Схема та фото баштової СЕС

По паропроводу пар прямує в машинний зал, де електроенергія виробляється в традиційному паротурбінному циклі. Установка має накопичувач теплоти – ємкість об'ємом в декілька тисяч м³, заповнену щебнем, який нагрівається «гострою» парою в години максимуму інтенсивності сонячного випромінювання і віддає теплоту після заходу Сонця.

Загальна кількість теплоти, сприйнятої парогенератором СЕУ, складає

(3.1)

де - коефіцієнт ефективності використання сонячного випромінювання (змінюється в межах 0,35...0,5),

n - кількість геліостатів,

F - площа дзеркал одного геліостата, м²,

I - інтенсивність сонячного випромінювання, Вт/м².

Робота кілограма пари в паротурбінній установці в циклі Ренкина рівна

(3.2)

термічний ККД

(3.3)

де - ентальпія гострої пари,

- ентальпія відпрацьованої в турбіні пари (визначаються по h-s діаграмі водяної пари),

- ентальпія конденсату (визначається за таблицями термодинамічних властивостей води і водяної пари).

Теоретична потужність паротурбінної СЕУ складе

(3.4)

де - відносний внутрішній ККД турбіни,

- ККД електрогенератора (в межах 0,92...0,96).

Реальна потужність СЕС менше теоретичної унаслідок витрат енергії на власні потреби (привід насосів і так далі).

Для паротурбінних СЕС характерні високі капітальні витрати, головним чином через високу вартість автоматизованих дзеркал-геліостатів. Вартість 1 кіловата встановленої потужності на баштовій СЕС «Солар - 1», як і Кримській СЕС, більш ніж в 10 разів перевищує характерну для традиційних установок. Економічніше виявилося інше технічне рішення, реалізоване в США в 1985 році. Замість дорогих скляних дзеркал-геліостатів тут використовується плівка з металевим напиленням, натягнута на обручі діаметром 1,5 метра. Створюючи під плівкою вакуум, надають їй параболічну форму. Ці увігнуті дзеркала фокусують сонячне випромінювання на труби, в яких нагрівається і випаровується живильна вода паротурбінної установки. Таким чином, цієї СЕС башта з баком-парогенератором не потрібна. Вартість одного кіловата встановленої потужності понижена в порівнянні з «Солар-1» в 4 рази, собівартість кіловата виробленої енергії наблизилася до характерної для вугільних станцій.

На СЕС «Альмерія» (Іспанія) як теплоносій першого контуру парогенератора на вершині сонячної башти використовується рідкий натрій, в другому контурі – звичайна вода. У варіанті СЕС, розробленому в Германії, сонячні промені нагрівають до 800°С стисле повітря, яке приводить в дію газову турбіну. Теплота відпрацьованого в газотурбінній установці повітря потім використовується в паротурбінному циклі. У результаті підвищується ККД використання теплоти сонячних променів.

Ряд паротурбінних СЕС різної потужності побудований у Франції і в Італії. Розробляються проекти СЕС із замкнутими газотурбінними установками, в яких робочим тілом є гелій. Параметри гелієвого теплоносія перед турбіною: температура біля 600°С, тиск 0,8 МПа; проектний ККД установок – близько 25%.

Перейти до початку посібника