ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov
Obnovitelné zdroje energie doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.
Verze 2.17
Koncentrační solární systémy
Historie Augustin Mouchot (1825 - 1912) vytvořil první parní stroj poháněný solární energií. Alessandro Battaglia in Genoa, Italy, 1886 patent solárního kolektoru.
1878
1
Solárně termické systémy • Parabolické žlaby (Parabolic trough) 2D traker – nejrozvinutější technologie koncentrátorů – v ohnisku zrcadla umístěna vakuová trubice s teplonosnou látkou – médium ohříváno na 150-350°C – C geo<80 – osa S-J, otáčení za sluncem – možná Osa V-Z, pevná poloha, sezónní změna – tepelná účinnost 60-80% – účinnost výroby elektrické energie 15% (odpovídá FV systémům) – hybridní zdroje (kombinace solar-fosilní paliva) • max. podíl fosilních paliv omezen např. 27%
Solární elektrárna Andasol • •
Teplonosná látka syntetický olej (až 400°C) Akumulace tepla pro noční provoz
•
Zásobník tepla se sestává ze dvou nádrží (průměr 36 m, výška 14 m) naplněných směsí roztaveného dusičnanu sodného (60%) a dusičnanu draselného (40%). Celkové množství tepelného média činí 28 500 tun. Ve dne je akumulační médium přečerpáváno ze „studené“ nádrže (290°C) do „horké“ nádrže, přičemž prochází tepelným výměníkem, kde se ohřívá teplonosným médiem solárního okruhu na požadovanou „akumulační teplotu“ (390°C).
Turbína s generátorem Parogenerátor
Akumulační systém
2
Technologie koncentrátorů • Solární věž (Solar power tower) – 3D traker – zrcadla v jejichž společném ohnisku je věž s výměníkem s teplonosnou látkou – C geo<2000 – teplota 500–1000 °C – využití jako zdroj páry nebo zdroj tepla např. pro tavení látek
blog.longnow.org
Technologie koncentrátorů • Stirlingův talíř, parabola (Dish stirling) – – – – –
3D traker zrcadla odrážející záření do jednoho bodu C geo<4600 teplota 250-700°C tepelný motor pro výrobu elektrické energie
www.xaharts.org
www.stirlingengines.org.uk
3
Solární pec • • • • •
Francie, Odeillo, Pyreneje (1700 m.n.m) Vybudováno v roce 1969. Parabolické zrcadlo o ploše 2 000 m² 63 heliostatů na protější stráni vědecký výzkum materiálů (tavení kovů)
Solární tepelná elektrárna • Ivanpah Solar Electric Generating System (SEG) 2014 • 13km2, 350 tisíc zrcadel, věž 140 metrů, cena 44,3 miliardy Kč • 377MWe elektřiny • 3 věže • Kondenzátory chlazeny vzduchem – o 90% menší spotřeba vody ve srovnání s klasickým chlazením • 90 zaměstnanců
4
Ekologické vlastnosti zařízení • Výroba elektřiny ze slunce • Vliv na živočichy v okolí elektráren – horký vzduch a srážka se zrcadly může způsobovat úhyn ptactva – vliv na migrační koridory zvířat – Vysoká intenzita záření odrazem od solární věže
• Spotřeba vody
5
Solární chlazení • Využití tepla pro výrobu chladu • Možnost kombinované výroby TV a chladu
Solární chlazení • Solární absorpční cykl –uzavřený systém, kapalný sorbent •
•
•
•
Tepelná energie ze solárních kolektorů (SK) je využita v desorbéru (D) pro vypuzení chladiva z roztoku při vysoké teplotě a tlaku. Páry chladiva se poté srážejí v kondenzátoru (K) a po expanzi (EV) na nízký tlak se opět vypařují ve výparníku (V). Ve výparníku je odebíráno teplo chladicí vodě určené pro účely chlazení. Páry chladiva jsou potom navráceny do roztoku v absorbéru (A), kde se znovu srážejí. Mezi absorbérem a desorbérem se oběhovým čerpadlem dopravuje bohatý a ochuzený roztok s rekuperací tepla ve výměníku (VT). Především výrobky pro výkony nad 200kW
6
Solární chlazení • Solární adsorpční cyklus – uzavřený systém, tuhý sorbent – kapalné chladivo adsorbováno do vysoce porézní pevné látky (vodasilikagel) – Vyšší cena a hmotnost jednotek – Jednotka může pracovat při teplotách kolem 80°C
Kombinovaná výroba tepla a chladu
Zdroje chladu – alternativní možnosti Chlazení sorpčním odvlhčováním vzduchu (chlazení přiváděného vzduchu) otevřený cyklus, tuhý sorbent 7 2
1
2 3
3 6 4
Chlazení sorpčním odvlhčováním - schéma Chlazení sorpčním odvlhčováním – hx diagram
14
7
