دانلود رایگان ترجمه مقاله برج های قدرت نمک مذاب (آی تریپل ای 2012)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

هنگامی که این بخار به برق تبدیل می شود ، بازده چرخه بخار خالص معمولی (رانکین) برای یک سیستم گرمای اضافی و سیستم گرمایش مجدد در 540 درجه سانتیگراد و بار100، 38% است. مانند هر تولید توان حرارتی (از جمله ذغال سنگ و گاز) ،تبدیل از گرما به برق بیشترین اتلاف انرژی را در سیستم ایجاد می کند. با این حال ، در یک سیستم ذخیره سازی حرارتی ،انرژی قبل از تبدیل به الکتریسیته از طریق چرخه رانکین به عنوان گرما ذخیره شده است بنا براین این اتلاف‌های تبدیل ، به روی کارایی ذخیره سازی تأثیر نمی گذارد.

برای مثال یک برج متمکز کننده تابش خورشید را در نظر بگیرید که یک تورین با توان خالص 50 مگاوات برق را دارد اما چیدمان آینه‌های خورشیدی آن از یک ضریب دو برابر را دارد به طوری که نصف انرژی خورشید هر بار جمع می‌شود برای ذخیره شدن ارسال می‌گردد (شکل4). با افزایش سایز در سیستم، گیرنده‌های خورشیدی 266 (مگاوات حرارتی) از انرژی خورشیدی را در نمک مذاب و در مقدار پیک تابش خورشیدی، گردآوری خواهند کرد. از این مقدار 132 مگاوات حرارتی مستقیما به سیکل Rankine خورانده می شود تا تولید برق در هنگام تابش خورشید انجام شود و بدین ترتیب 50 مگاوات برق تولید می‌شود در حالی که 134 مگاوات از توان حرارتی در مخزن داغ ذخیره شده است. در طی شب نمک مذاب این مخازن ذخیره سازی، 132 مگاوات حرارتی بخار را برای این توربین ها (با 2 مگاوات اتلاف در طی فرآیند ذخیره سازی) فراهم می کندو50 مگاوات الکتریسیته تولید شده است.
از آنجا که سیستم تولید انرژی کاملا مستقل از سیستم گرد آوری انرژی است، بنابراین جریانی ثابت از برق قابل تولیدن شدن خواهد بود. سوای از اینکه آیا خورشید با تمام قدرت در حال تابش است یا با اندکی از آن و اینکه آیا هوا ابری است یا خیر و اینکه آیا روز است یا شب، چرا که همواره انرژی کافی در مخزن نمک مذاب ذخیره می‌گردد. میدان‌های آینه ای بزرگ شده اند تا اجازه دهد مخازن ذخیره سازی در طول روز پر شود در حالی که به طور همزمان توان الکتریکی تولید می شود. تعادل دقیق اندازه میدان آینه ‌ای، به اندازه توربین، به اندازه ذخیره‌سازی، می تواند بسته به عملکرد مورد نظر نیروگاه CSP بهینه سازی شود. به عنوان مثال ، نیروگاهی با ذخیره سازی 15 ساعت به بالا می تواند به عنوان یک نیروگاه قدرت بار پایه عمل کند ، در حالی که یک نیروگاه با 6-8 ساعت ذخیره سازی ، اما یک توربین بزرگتر می تواند بعد از ظهر – عصر اوج تقاضای برق از آن استفاده نماید.
واضح است ، حتی یک نیروگاه با 17 ساعت ذخیره نیز نمی تواند برای بیش از یک روز در طی دوره زمانی ابری طولانی کار کند. با این حال ، رایت و هارپس [18] این را نشان داده اند با استفاده از یک شبکه جغرافیایی متنوع ، کشوری مانند استرالیا می تواند با 59 درصد از نیروگاه‌های قدرت نمک مذاب ، 39٪ انرژی باد و تنها 2٪ پشتیبان سالانه از برق تولیده شده از بخار آب و زیست توده بهره مند شود.

4. خصوصیات نمک مذاب
در حال حاضر هر دوی نیروگاه های (سهموی) فرعی از مخلوط نمک مذاب یکسانی برای ذخیره سازی استفاده می کند که شامل 60 تا 40 درصد وزنی مخلوط نیترات پتاسیم و سدیم است که با نام نمک خورشیدی شناخته می‌شود که در شکل 5 نشان داده شده است. در دمای اتاق، نمک خورشیدی به صورت بلورهای سفید رنگ جامد است. بنابراین در طی راه اندازی نیروگاه،لازم است که کل نمک ذوب شود . بدین ترتیب در زمان فعالیت نیروگاه، نمک مذکور در حالت مذاب باقی خواهد ماند.
نمک خورشیدی یک مخلوط یوتکتیک است بدین معنا که این ترکیب خاص در دمایی پایین تری نسبت به سایر نسبت‌های ترکیب شده این دو نمک ، ذوب می‌شود و در این نسبت، هر دو نمک در دمای مشابه شروع به دوب شدن می‌کنند. نمک خورشیدی برای استفاده با برج های قدرت نمک کذاب انتخاب شده اند زیرا حد پایداری دمای بالای آن (600 درجه سانتی گراد) اجازه می‌دهد تا از توربین‌های چرخه رانکین Rankine استفاه شود، برای مثال، یک سیستم گرمایش افزایشی یا سیستم گرمایش مجدد یا به طور بالقوه یک سیستم گرمایشی فوق بحرانی.

نمک خورشیدی دارای دمای انجماد نسبتاً بالایی از 220 درجه سانتیگراد است ،که برای یک سیال انتقال حرارت در یک نیروگاه خورشیدی برج قدرت قابل کنترل است، اما بیشتر به عنوان سیال انتقال حرارت در یک میدان خورشیدی چالش برانگیز است. ممانعت از انجماد نمک مذاب درون لوله مهم است: اول به این دلیل که می تواند باعث انسداد شود که مانع از جریان نمک مذاب می‌شود، دوم به این دلیل که سرباره یا مقطع منجمد شده را باید با دقت ذوب کرد؛ و سوم اینکه حتی تعداد کمی ازچرخه های انجماد / ذوب می تواند منجر به پارگی لوله شود.
به عنوان مثال ، در تاسیسات Solar Two ، شمع های منجمد از نمک، در بعضی مواقع با لوله گیرنده در طول راه اندازی در شرایط بادی مواجه می شد [3]. این جریان نمک مذاب در آن بخش از لوله گیرنده را مانع می شد، و در صورت باقی مانده بدون بررسی ، این لوله می توانست بطور پلاستیکی عملکرد خود را از دست داده وتحت شار خورشیدی متمرکز از بین برود. علاوه بر این ، آزمایش های آزمایشگاهی تایید کرد که 12 چرخه انجماد / ذوب از لوله های گیرنده باعث پارگی لوله می شود [20]. چندین روش برای حل این مشکل بکار گرفته شده بود. یک روش پیش گرمایش ویژه با هدف heliostat (انعکاس دهنده) (هلیواستات) بر روی لوله های گیرند درهنگام راه اندازی برای جلوگیری از انجماد نمک در گیرنده لوله ها توسعه داده شد، و در همان زمان از گرمایش بیش از حد لوله ها در حالی که فرآیند پر شدن رخ داده بود، ممانعت می کرد. روکش های اجاق گاز روی لوله گیرنده، به طور متنوع برای بهبود مهر و موم های بیرونی و حفره های نصب شده اصلاح شده بودند تا مانع جریان هوا یک پوشش اجاق گاز به دیگری شود. علاوه بر این ، ردیابی حرارت الکتریکی کافی- گرمایش عایق شده مقاوم- برای خط اتصال بین لوله گیرنده سطح جاذب و پوشش اجاق گاز در هنگام راه اندازی توصیه شده بود ، زیرااین مکان برای هدف هلیواستات ها دشوار بود. این ردیابی حرارت در لوله کشی و دریچه های دیگر در نیروگاه در استفاده شده بود تا از یخ زدگی و شوک حرارتی جلوگیری نماید.
تاسیسات Solar Two انجماد نمک نیز در تبخیر کننده مواجه شد[3]- مبدل گرمایی بین نمک و آب ، که در آن اشباع شده بخار اشباع شده بود تولید شد. این انجماد به دلیل آب سرد بود که از تبخیر کننده در هنگام راه اندازي عبور داده مي شود ، و همينطورچهار چرخه انجماد / ذوب ممکن است باعث پارگی لوله شود. برای حل این مشکل ، یک دستگاه تولید گرمای آبی برای استفاده در طول راه اندازی نصب شده است، و مسیر جریان آب آن تغییر یافت.
مانند مسئله یخ زدگی باید با استفاده از نمک مذاب به عنوان یک سیال انتقال حرارت در برج های قدرت جلوگیری شود. علاوه بر این ، باید توجه داشت که پتانسیل برای عارضه های یخ زدن در یک نیرگاه (سهموی) فرعی سهموی با استفاده از نمک مذاب به عنوان سیال انتقال حرارت ، با توجه به سطح گیرنده بزرگتر و نسبت غلظت پایین تر، همان طور که در بخش V و شکل 6 نشان داده شده است، بالاتر است.
در جدول 1 ترکیبات و خصوصیات انواع مخلوط های نمک مورد استفاده به عنوان سیالات انتقال حرارت آورده شده است. علاوه برنمک خورشیدی ، دو مورد Hitec و HitecXL به صورت تجاری در دسترس است. Hitec و HitecXL نقاط ذوب نسبت به نمک خورشیدی دارند، به ترتیب 142 و 120 درجه سانتی گراد ، اما در بیشینه دماهای پایین تر محدود شده اند. علاوه بر این ، Hitec، حاوی یک نمک نیترات ، به پوشش N2 در فشار اتمسفر مخازن ذخیره سازی حرارتی برای جلوگیری از تبدیل شدن به نیترات نیاز دارد [19].
در عمل ، دمای عملیاتی بالای نمک تنها با تخریب حرارتی خودش، محدود نشده است، بلکه توسط آن خصوصیات لوله کشی فلزی که در آن وجود دارد، محدودشده است. به عنوان مثال ، دمای عملیاتی بالاتر از 565 درجه سانتیگراد در Solar Two مورد استفاده قرار گرفته بود و در Gemasolar به عنوان فولاد ضد زنگ که در مقاوم در برابر زنگ زدگی است برای نمک خورشیدی استفاده خواهد شد. انواع فولاد ضد زنگ 316 و 304 برای گیرنده و لوله های نمکی گرم در Solar Two[3] مورد استفاده قرار گرفته بود. اگرچه نوع 347 توصیه شده بود زیرا علاوه بر تحمل زنگ زدگی نمک خورشیدی در دمای 565 درجه سانتیگراد ، مستعد ترک خوردگی آبی نیست.از طرف دیگر ، فولاد کربن برای لوله‌های نمکی ‘Cold’ کافی است زیرا نمک خورشیدی در دمای 292 درجه سانتیگراد کمتر زنگ می زند.