Hệ thống năng lượng mặt trời tập trung sử dụng tại các nhà máy năng lượng mặt trời tại Mỹ

Các nhà máy năng lượng mặt trời tập trung (CSP) sử dụng gương để tập trung năng lượng của mặt trời để điều khiển các tuabin hơi truyền thống hoặc động cơ tạo ra điện. Năng lượng nhiệt tập trung trong nhà máy CSP có thể được lưu trữ và sử dụng để sản xuất điện khi cần thiết, ngày hay đêm. Ngày nay, khoảng 1.815 megawatt (MW _ac ) của các nhà máy CSP đang hoạt động tại Hoa Kỳ.

Máng parabol

Hệ thống máng parabol sử dụng gương cong để tập trung năng lượng của mặt trời vào ống thu chạy xuống giữa máng. Trong ống thu, chất lỏng truyền nhiệt ở nhiệt độ cao (như dầu tổng hợp) sẽ hấp thụ năng lượng của mặt trời, đạt nhiệt độ 750 ° F hoặc cao hơn và đi qua bộ trao đổi nhiệt để làm nóng nước và tạo ra hơi nước. Hơi nước điều khiển một hệ thống năng lượng tuabin hơi thông thường để tạo ra điện. Một trường thu năng lượng mặt trời điển hình chứa hàng trăm máng song song được nối với nhau như một chuỗi các vòng, được đặt trên trục bắc-nam để các máng có thể theo dõi mặt trời từ đông sang tây. Các mô đun thu gom riêng lẻ thường cao 15-20 feet và dài 300-450 feet.

Phản xạ Fresnel tuyến tính nhỏ gọn

CLFR sử dụng các nguyên tắc của hệ thống máng gương cong, nhưng với các hàng dài song song của gương phẳng chi phí thấp hơn. Những gương phản xạ mô-đun này tập trung năng lượng của mặt trời vào các máy thu nâng cao, bao gồm một hệ thống các ống mà nước chảy qua. Ánh sáng mặt trời tập trung làm sôi nước, tạo ra hơi nước áp suất cao để sử dụng trực tiếp trong các ứng dụng phát điện và hơi nước công nghiệp.

Tháp điện

Hệ thống tháp điện sử dụng hệ thống máy thu trung tâm, cho phép nhiệt độ hoạt động cao hơn và do đó hiệu quả cao hơn. Gương điều khiển bằng máy tính (được gọi là heliostats) theo dõi mặt trời dọc theo hai trục và tập trung năng lượng mặt trời vào một máy thu ở đỉnh tháp cao. Năng lượng tập trung được sử dụng để làm nóng chất lỏng truyền (trên 1.000 ° F) để tạo ra hơi nước và chạy một máy phát điện trung tâm. Lưu trữ năng lượng có thể được tích hợp dễ dàng và hiệu quả vào các dự án này, cho phép phát điện trong 24 giờ.

Hệ thống dạng đĩa

Gương được phân phối trên bề mặt đĩa parabol để tập trung ánh sáng mặt trời vào một máy thu cố định tại tiêu điểm. Trái ngược với các công nghệ CSP khác sử dụng hơi nước để tạo ra điện thông qua tuabin, hệ thống dạng đĩa sử dụng chất lỏng làm việc như hydro được làm nóng đến 1.200 ° F trong máy thu để điều khiển động cơ. Mỗi đĩa xoay dọc theo hai trục để theo dõi mặt trời.

Yêu cầu chính cho các nhà máy điện mặt trời

• Tài chính – Thách thức chính đối với bất kỳ cơ sở sản xuất năng lượng quy mô tiện ích nào, bao gồm CSP, là tài trợ dự án.
• Các khu vực có bức xạ mặt trời cao – Để tập trung năng lượng của mặt trời, nó không được quá khuếch tán. Điều này được đo bằng cường độ bình thường trực tiếp (DNI) của năng lượng mặt trời. Tiềm năng sản xuất ở Tây Nam Hoa Kỳ khác biệt so với phần còn lại của Hoa Kỳ, như bản đồ từ Phòng thí nghiệm Tái tạo năng lượng Quốc gia dưới đây cho thấy.

• Các lô đất liền kề có mây che phủ hạn chế – Một nhà máy CSP hoạt động hiệu quả nhất và do đó tiết kiệm chi phí nhất, khi được xây dựng với quy mô từ 100 MW trở lên. Trong khi nhu cầu đất sẽ thay đổi theo công nghệ, một nhà máy CSP điển hình đòi hỏi 5 đến 10 mẫu đất trên mỗi MW công suất. Diện tích lớn hơn có thể lưu trữ năng lượng nhiệt.
• Tiếp cận nguồn nước- Giống như các nhà máy nhiệt điện khác, như khí đốt tự nhiên, than và hạt nhân, hầu hết các hệ thống CSP đều yêu cầu tiếp cận với nước để làm mát. Tất cả đều cần một lượng nước nhỏ để rửa bề mặt bộ sưu tập và gương. Các nhà máy CSP có thể sử dụng các kỹ thuật làm mát ướt, khô và lai để tối đa hóa hiệu quả trong sản xuất điện và bảo tồn nước.
• Truy cập truyền dẫn có sẵn và gần – Các nhà máy CSP phải được bố trí trên đất phù hợp để phát điện với quyền truy cập đầy đủ vào lưới truyền tải ngày càng căng thẳng và lỗi thời. Truy cập vào các đường dây điện cao thế là chìa khóa để phát triển các dự án năng lượng mặt trời quy mô tiện ích để chuyển điện từ nhà máy năng lượng mặt trời đến người dùng cuối. Phần lớn cơ sở hạ tầng truyền dẫn hiện có ở phía Tây Nam đã hoạt động hết công suất và việc truyền tải mới là rất cần thiết.

Nguồn: SEIA USA