컴팩트 선형 프레스넬 리플렉터

Compact linear Fresnel reflector

소형 선형 프레스넬 리플렉터(CLFR) - 집광 선형 프레스넬 리플렉터(LFR)라고도 함)는 특정 유형의 선형 프레스넬 리플렉터(LFR) 기술이다. 그것들은 프레스넬 렌즈와 유사하다는 이유로 이름 붙여졌다. 프레넬 렌즈에는 작고 얇은 렌즈 조각들이 많이 결합되어 훨씬 더 두꺼운 간단한 렌즈를 모사한다. 이 거울들은 태양의 에너지를 정상 강도의 약 30배까지 집중시킬 수 있다.[1]

선형 프레스넬 반사기는 길고 얇은 미러 세그먼트를 사용하여 반사체의 공통 초점에 위치한 고정된 흡수기에 햇빛을 집중시킨다. 이 농축된 에너지는 흡수기를 통해 어떤 열액으로 전달된다(일반적으로 이것은 매우 높은 온도에서 액체 상태를 유지할 수 있는 오일이다). 그리고 나서 이 액체는 증기 발생기를 작동시키기 위해 열 교환기를 통과한다. 기존 LFR과 달리 CLFR은 미러 부근에 여러 개의 흡수기를 사용한다.

역사

최초의 선형 프레스넬 반사 태양 발전 시스템은 제노바 대학의 조반니 프랑시아에 의해 1961년에 이탈리아에서 개발되었다.[2] 프랑시아는 그러한 시스템이 액체를 작동시킬 수 있는 높은 온도를 만들 수 있다는 것을 증명했다. 이 기술은 1973년 석유파동 당시 FMC 코퍼레이션 등 기업들이 추가로 조사했지만 1990년대 초까지 비교적 손대지 않은 상태로 남아 있었다.[1] 1993년 시드니대학에서 최초로 CLFR이 개발되어 1995년에 특허를 얻었다. 1999년, 고급 흡수기의 도입으로 CLFR 설계가 향상되었다.[2] 2003년에 그 개념은 3D 기하학으로 확장되었다.[3] 연구 2010년에서 발간된 높은 농도와/혹은 더 높은 수용 각도는 시스템은 그러한, 다양한 높이(한wave-shape 곡선에)에 그들을 두는 것과 그 결과로 인한 일차 wi를 결합하는 heliostats의 크기와 곡률 다양한 자유의 다른 정도를 탐험하기 위해 optics[4]nonimaging를 사용하여 가져온 것이 가능하다는.월 무이미징 [5]제2관

디자인

반사체

반사경은 시스템의 기저에 위치하며 태양 광선을 흡수기로 수렴한다. 기존의 포물선 수조 거울 시스템보다 모든 LFR을 더 유리하게 만드는 핵심 요소는 "Freshnel Reflector"의 사용이다. 이들 반사체는 개구부가 크고 초점 길이가 짧은 집중 거울이 가능한 프레스넬 렌즈 효과를 활용하는 동시에 반사체에 필요한 물질의 부피를 줄인다. 이것은 축 처진 유리 포물선 반사체가 전형적으로 매우 비싸기 때문에 시스템의 비용을 크게 줄인다.[2] 그러나 최근 몇 년 동안 박막 나노기술은 포물선 거울의 비용을 현저히 줄였다.[6]

어떤 태양집중 기술에서도 반드시 다루어야 할 중요한 도전은 태양이 하루 종일 진행됨에 따라 입사 광선의 각도 변화(거울에 부딪히는 햇빛)이다. CLFR의 반사경은 일반적으로 남북 방향으로 정렬되며 컴퓨터가 제어하는 태양 추적 시스템을 사용하여 단일 축을 회전한다.[7] 이를 통해 시스템은 태양 광선과 거울 사이의 적절한 입사각도를 유지할 수 있게 되어 에너지 전달을 최적화한다.

흡수제

흡수기는 미러의 초점에 위치한다. 그것은 반사기 부분과 평행하게 작동되는 열액으로 방사선을 운반하기 위해 반사기 부분 위와 평행하게 흐른다. CLFR 시스템을 위한 흡수기의 기본 설계는 그림.2와 같이 절연 증기 튜브를 둘러싸는 유리 덮개가 있는 반전된 공기 공동이다. 이 설계는 광학 및 열 성능이 우수하여 단순하고 비용 효율적이라는 것이 입증되었다.[1]

Compact linear Fresnel reflector absorber transfers solar energy into working thermal fluid
그림.2: 입사 태양 광선은 작동되는 열액을 가열하기 위해 절연된 증기 튜브에 집중된다.
CLFR solar systems use alternating inclination of mirrors to improve efficiency and reduce system cost
그림.3: CLFR 태양열 시스템은 여러 흡수기에 태양 에너지를 집중시키기 위해 거울의 기울기를 대체하여 시스템 효율을 개선하고 전체 비용을 절감한다.

CLFR의 최적 성능을 위해 흡수기의 몇 가지 설계 계수를 최적화해야 한다.

  • 첫째, 흡수기와 열액 사이의 열 전달을 극대화해야 한다.[1] 이것은 선택적인 증기관의 표면에 의존한다. 선택적 표면은 방출된 에너지 대비 흡수된 에너지의 비율을 최적화한다. 허용 가능한 표면은 일반적으로 입사 방사선의 96%를 흡수하는 동시에 적외선 방사선을 통해 7%만 방출한다.[8] 일반적으로 전기화학으로 침전된 블랙크롬은 높은 온도에 견딜 수 있는 충분한 성능과 능력으로 사용된다.[1]
  • 둘째, 흡수기는 선택적 표면에 걸친 온도 분포가 균일하도록 설계되어야 한다. 균일하지 않은 온도 분포는 표면의 열화를 가속화한다. 일반적으로 300 °C(573 K; 572 °F)의 균일한 온도가 필요하다.[1] 균일한 분포는 판 위의 절연 두께, 흡수기의 개구부 크기, 공기 구멍의 모양과 깊이와 같은 흡수기 파라미터를 변경하여 얻는다.

전통적인 LFR과는 반대로, CLFR은 거울 근처에 여러 개의 흡수제를 사용한다. 이러한 추가 흡수 장치는 그림 3에 나타낸 것과 같이 거울이 기울기를 교대로 바꿀 수 있도록 한다. 이러한 배치는 여러 가지 이유로 유리하다.

  • 첫째, 교대 경사는 반사체가 인접 반사체의 햇빛 접근을 차단하는 효과를 최소화하여 시스템의 효율을 향상시킨다.
  • 둘째, 다중 흡수기는 설치에 필요한 지면 공간을 최소화한다. 이것은 차례로 토지를 조달하고 준비하는 데 드는 비용을 줄인다.[1]
  • 마지막으로 패널을 가까이 두면 흡수기 라인의 길이가 감소하여 흡수기 라인을 통한 열 손실과 시스템의 전체 비용을 모두 줄일 수 있다.

적용들

아레바 솔라(Ausra)는 호주 뉴사우스웨일스에 선형 프레스넬 반사공장을 건설했다. 당초 2005년 1MW 시험으로 2006년 5MW로 확대됐다. 이 반사경 발전소는 2000 MW의 석탄 화력 Liddell 발전소를 보완했다.[9] 태양열증기계통에 의해 발생되는 전력은 발전소 운영에 전기를 공급하는데 사용되어 발전소 내부 전력 사용량을 상쇄한다. AREVA Solar는 2009년 캘리포니아 베이커스필드에 5MW 킴벌리나 태양열 에너지 공장을 건설했다.[10] 이것은 미국 최초의 상업용 선형 프레스넬 반사 공장이다. 태양열 집열기는 라스베가스의 아우스라 공장에서 생산되었다. 2008년 4월, AREVA는 네바다주 라스베가스에 대형 공장을 열어 선형 프레스넬 반사체를 생산했다.[11] 이 공장은 매달 200MW의 전력을 공급할 수 있는 충분한 양의 태양열 집열기를 생산할 수 있도록 계획되었다.[10]

2009년 3월 독일 노바텍 바이오솔은 PE 1로 알려진 프레스넬 태양광 발전소를 건설했다. 태양열 발전소는 표준 선형 프레스넬 광학 설계(CLFR이 아님)를 사용하며 전기 용량은 1.4 MW이다. PE 1은 거울 표면이 약 18,000 m2(1.8 ha; 4.4 에이커)인 태양열 보일러를 구성한다.[12] 증기는 태양빛을 지상에서 7.40m(24.28ft) 높이의 선형 수신기에 직접 집중시켜 생성된다.[12] 흡수기 튜브는 물이 270 °C(543 K; 518 °F) 포화 증기로 가열되는 미러 영역의 초점선에 위치한다. 이 증기는 차례로 발전기에 동력을 공급한다.[12] PE 1의 상업적 성공은 노바텍 솔라사가 PE 2. PE 2로 알려진 30 MW 태양광 발전소를 설계하도록 이끌었다. PE 2는 2012년부터 상업적으로 운영되고 있다.[13]

2013년부터 노바텍 솔라사는 BASF와 협력하여 녹인 소금 시스템을 개발했다.[14] 열 에너지 저장소로 직접 전달되는 집열기 내 열전달액으로 녹인 염분을 사용한다. 최대 550 °C(823 K; 1,022 °F)의 염온으로 기존 증기 터빈을 전기 발생, 향상된 오일 회수 또는 담수화를 용이하게 할 수 있다. PE 1에 녹은 소금 실증 공장이 실현되어 그 기술을 입증하였다. 2015년부터 노바텍 솔라 사의 경영진이 직접 용해된 소금 기술의 상업적 개발을 이어받았다.

인도의 적정 기술 NGO인 솔라 파이어는 최대 750°C(1,020K, 1,380°F)의 온도를 발생시켜 증기 동력 발전 등 다양한 열적 용도에 사용할 수 있는 소형 수동 작동 12kW 피크 프레스넬 집선기를 위한 오픈소스 디자인을 개발했다.[15][16]

콤팩트 선형 프레스넬 리플렉터 기술을 사용하는 CSP 시스템 중 가장 큰 것은 인도의 125 MW Reliance Areva CSP 공장이다.[17]

중국에서는 녹은 소금을 열전달 매질로 사용한 50MW 상용 규모의 프레스넬 프로젝트가 2016년부터 건설 중이다. 2019년 그리드 연결 이후 2021년 현재 성공적으로 가동될 것으로 보인다.[18]

참고 항목

참조

  1. ^ Jump up to: a b c d e f g Dey, C.J. (2004). "Heat transfer aspect of an elevated linear absorber". Solar Energy. 76 (1–3): 243–249. Bibcode:2004SoEn...76..243D. doi:10.1016/j.solener.2003.08.030.
  2. ^ Jump up to: a b c Mills, D.R. (2004). "Advances in solar thermal electricity technology". Solar Energy. 76 (1–3): 19–31. Bibcode:2004SoEn...76...19M. doi:10.1016/S0038-092X(03)00102-6.
  3. ^ 필립 슈라멕과 데이비드 R. 밀스, 멀티타워 태양열 발전, 태양광 75, 페이지 249-260, 2003
  4. ^ Chaves, Julio (2015). Introduction to Nonimaging Optics, Second Edition. CRC Press. ISBN 978-1482206739.
  5. ^ Julio Chaves와 Manuel Colares-Pereira, Etendue와 복수 수신기가 결합된 2단 집중 장치, Solar Energy 84, 페이지 196-207, 2010년
  6. ^ United States Department of Energy (2009). "Solar Energy Technologies Program: Concentrating Solar Power" (PDF).
  7. ^ Mills, D.R.; Morrison, Graham L. (2000). "Compact linear Fresnel reflector solar thermal power plants". Solar Energy. 68 (3): 263–283. Bibcode:2000SoEn...68..263M. doi:10.1016/S0038-092X(99)00068-7.
  8. ^ "SolMax, Solar Selective Surface Foil" (PDF).
  9. ^ Jahanshahi, M. (August 2008). "Liddell thermal power station – greening coal-fired power". Ecogeneration.
  10. ^ Jump up to: a b "Ausra Technology".
  11. ^ Schlesinger, V. (July 2008). "Solar Thermal Power Just Got Hotter". Plenty Magazine.
  12. ^ Jump up to: a b c "World First in Solar Power Plant Technology".
  13. ^ "Home". www.puertoerrado2.com. 27 October 2011. Archived from the original on 6 April 2016. Retrieved 19 April 2016.
  14. ^ "Novatec Solar und BASF nehmen solarthermische Demonstrations-anlage mit neuartiger Flüssigsalz-Technologie in Betrieb".
  15. ^ Parmar, Vijaysinh (Feb 5, 2011). "'Solar fire' to quench energy thirst at grassroots". The Times of India. Archived from the original on November 5, 2012. Retrieved May 15, 2011.
  16. ^ "Solar Fire P32 - Solar Fire Project". solarfire.org. 2011. Archived from the original on April 30, 2011. Retrieved May 15, 2011.
  17. ^ Purohit, I. P. 2017. 인도에서 태양열 발전 집중을 위한 기술적, 경제적 잠재력. 재생 가능 및 지속 가능한 에너지 리뷰 78, 페이지 648–667, doi:10.1016/j.rser.2017.04.059.
  18. ^ CSTA, 2021, 50 MW 용융된 소금 프레스넬 CSP 공장은 단일 생산량으로는 가장 높은 베이징, 중국 태양열 협회, http://en.cnste.org/html/csp/2021/0603/1087.html에 도달했다.