포물선 홈

Parabolic trough
캘리포니아 하퍼 호수 인근 공장의 포물선 홈

포물선 홈은 한 차원에서는 직선이고 다른 두 차원에서는 포물선처럼 구부러져 광택이 나는 금속 거울로 둘러싸인 태양 집열기의 한 종류입니다.대칭면과 평행하게 거울에 들어오는 햇빛은 초점선을 따라 집중되며, 여기에서 가열되도록 의도된 물체가 배치됩니다.예를 들어, 태양열 조리기에서 음식은 수조의 중심선에 놓이게 되는데, 수조를 겨냥할 때 조리되어 태양이 그 대칭면에 있게 된다.

다른 목적을 위해 유체가 들어 있는 튜브는 수조의 초점선 길이를 통과합니다.햇빛은 튜브에 집중되고 햇빛의 에너지에 의해 고온으로 가열된 액체에 집중됩니다.뜨거운 유체는 열 엔진으로 배관할 수 있습니다. 열 엔진은 열 에너지를 사용하여 기계를 구동하거나 전기를 생성합니다.이 태양 에너지 수집기는 가장 흔하고 가장 잘 알려진 형태의 포물선 홈입니다.

표준 터빈 발전기를 구동하기 위해 증기를 가열하는 데 열 전달 유체를 사용할 경우 열 효율은 60-80%입니다.집전체에서 그리드까지의 전체 효율(전기 출력 전력)/(총 충돌 태양광 전력)은 약 15%로 태양광 전지와 유사하지만 스털링 접시 농축기보다 낮다.대규모 태양열 화력발전소는 열전 탱크와 같은 에너지를 저장하는 방법을 필요로 한다. 열전 탱크는 실리카 모래와 석영암을 혼합하여 탱크 내 부피의 상당 부분을 대체한다.그런 다음 열전달액(일반적으로 녹은 질산염)으로 채워집니다.

2014년 현재 포물선 기술을 사용하는 최대 태양광 화력 시스템에는 캘리포니아 354MW SEGS 발전소, 용융 염 저장소가 있는 280MW 솔라나 발전소, 250MW 제네시스 솔라 에너지 프로젝트, 스페인 200MW 솔라벤 솔라 발전소, andasol 1 솔라 발전소가 있다.[1][2]

효율성.

포물선 홈 솔라 팜(상단)의 다이어그램과 포물선 수집기가 어떻게 햇빛을 초점에 집중시키는지에 대한 엔드 뷰.

기압골은 보통 남북 축에 정렬되어 있으며, 태양이 매일 하늘을 가로질러 이동할 때 태양을 추적하기 위해 회전합니다.또는 수조는 동서 축에 정렬할 수 있습니다. 이렇게 하면 햇빛이 수집기에 비스듬히 닿기 때문에 수집기의 전체적인 효율이 저하되지만 수조는 계절 변화에 맞춰 정렬되어야 하므로 모터를 추적할 필요가 없습니다.이 추적 방법은 춘분과 추분의 이론적인 효율에 접근하며, 연중 다른 시간에는 빛의 초점을 정확하게 맞추지 못합니다.하늘을 가로지르는 태양의 일상적인 움직임 또한 오류를 유발하는데, 이는 일출과 일몰에 가장 크고 정오에 가장 작습니다.이러한 오류 발생원으로 인해 계절 조정 포물선 홈은 일반적으로 저농도 허용 제품으로 설계됩니다.

포물선 홈 콘센트레이터는 간단한 형상을 가지고 있지만, 그 농도는 동일한 허용각, 즉 위에서 언급한 모든 종류의 오류에 대한 시스템의 전체 허용오차가 동일한 이론상 최대치의 약 1/3입니다.이론적인 최대치는 기존의 포물선 홈의[5] 농도를 거의 두 배로 증가시킬 수 있으며 고정 [6]리시버가 있는 것과 같은 실용적인 설계를 개선하는 데 사용되는 비이미징[3][4] 광학 장치를 사용하는 1차 이차 설계에 기초한 보다 정교한 집광기로 더 잘 달성된다.

열전달 유체(일반적으로 열유)는 튜브를 통해 집중된 햇빛을 흡수합니다.그러면 오일의 온도가 약 400°[7]C로 높아집니다.그런 다음 열 전달 오일은 표준 터빈 제너레이터에서 증기를 가열하는 데 사용됩니다.이 공정은 경제적이며 파이프를 가열할 때 열 효율은 60-80%입니다.집전체에서 그리드까지의 전체 효율(전기 출력 전력)/(총 충돌 태양광 전력)은 약 15%로, PV(광전 셀)와 유사하지만 스털링 접시 [8]농축기보다 낮다.

설계.

포물선 홈은 x-y 평면에서 포물선 모양이지만 z 방향으로 선형입니다.

포물선 홈은 하나의 솔라 컬렉터 어셈블리(SCA)로 이동하기 위해 함께 고정된 다수의 솔라 컬렉터 모듈(SCM)로 구성됩니다.SCM은 최대 15m(49피트 3인치) 이상의 길이를 가질 수 있습니다.약 12개 이상의 SCM이 각 SCA의 길이를 최대 200m(656피트 2인치)로 만듭니다.각 SCA는 독립적으로 트래킹되는 포물선 [9]트로프입니다.

SCM은 단일 피스 포물선 미러로 만들 수도 있고 다수의 작은 미러를 병렬로 조립할 수도 있다.소형 모듈러 미러에서는 소형 머신이 필요하므로 비용을 절감할 수 있습니다.또한 손상된 미러를 교체해야 할 경우 비용도 절감됩니다.악천후 때 물체에 부딪혀서 이런 피해가 발생할 수 있습니다.

또한 V형 트로프는 미러 2개로 제작되어 서로 [10]비스듬히 배치되어 있습니다.

2009년 미국 국립재생에너지연구소(NREL)와 스카이퓨얼의 과학자들은 유리 기반 모델을 중유리 미로와 같은 성능을 가진 은 폴리머 시트로 대체함으로써 오늘날 최고의 집광 장치보다 30% 저렴할 가능성이 있는 커브드 금속판을 개발했습니다.rs. 단, 비용과 중량이 훨씬 저렴합니다.이동 및 설치도 훨씬 용이합니다.광택 필름은 여러 층의 폴리머를 사용하며, 내부 층은 [11]순은입니다.

이러한 재생 에너지원은 본질적으로 일관성이 없기 때문에 에너지 저장 방법은 대규모 태양광 화력발전소의 단일 탱크(서모클린) 저장 기술 등 연구되어 왔다.열전라인 탱크 접근 방식은 실리카 모래와 석영암을 혼합하여 탱크 내 부피의 상당 부분을 치환합니다.그런 다음 열전달액(일반적으로 녹은 질산염)으로 채워집니다.

밀폐 수조

밀폐된 수조 시스템 내부

밀폐된 수조 구조는 온실 같은 유리 하우스 안에 태양 열 시스템을 캡슐화합니다.유리 하우스는 태양열 [12]시스템의 신뢰성과 효율성을 떨어뜨릴 수 있는 요소를 견딜 수 있는 보호 환경을 조성합니다.

유리하우스 내부에는 경량 곡면 태양 반사 거울이 매달려 있다.단일 축 추적 시스템은 태양을 추적하고 그 빛을 유리 하우스 [13]구조물에 매달아 놓은 고정된 강철 파이프 네트워크에 집중시키기 위해 거울을 배치합니다.수증기는 물이 파이프 길이를 따라 흐를 때 열 교환기나 중간 작동 유체 없이 유전 품질의 물을 사용하여 직접 생성됩니다.

생성된 증기는 현장의 기존 증기 분배 네트워크로 직접 공급되며, 여기서 증기는 오일 저장고 깊숙이 지속적으로 주입됩니다.바람으로부터 거울을 보호하면 더 높은 온도에 도달할 수 있고 [12]습기에 노출되어 먼지가 쌓이는 것을 방지할 수 있습니다.밀폐형 트로프 디자인을 만든 회사 글래스포인트 솔라는 자사의 기술로 햇빛이 잘 드는 지역에서 약 5백만 영국 열 유닛에 EOR용 열을 생산할 수 있다고 밝히고 있는데, 이는 다른 기존 태양열 기술의 [14]경우 10달러에서 12달러 사이이다.

현재 오만의 미라 태양광 시설에서 폐쇄된 기압골이 사용되고 있다.2017년 11월 GlassPoint는 Aera Energy와의 파트너십을 발표하여 [15]캘리포니아 베이커스필드 인근의 사우스 벨리지 유전에서 포물선을 그리게 되었습니다.

조기 상용 도입

1917년 슈만의 포물선 태양 에너지 시스템 특허 도면

1897년 미국의 발명가이자 엔지니어이자 태양에너지 개척자인 프랭크 슈만은 물보다 끓는점이 낮은 에테르로 채워진 사각 상자에 태양에너지를 반사시켜 작동하는 소형 태양열 엔진을 만들고 내부에 검은 파이프를 장착해 증기엔진을 작동시켰다.1908년 Shuman은 더 큰 태양광 발전소를 건설할 목적으로 Sun Power Company를 설립했다.그는 그의 기술 고문 A.S.E. 애커만과 영국의 물리학자 찰스 버논 [citation needed]보이즈와 함께 거울로 태양 에너지를 집전함에 반사시키는 개선된 시스템을 개발했고, 이제 에테르 대신 물을 사용할 수 있을 정도로 가열 용량을 증가시켰다.슈만은 이후 저압수로 구동되는 본격적인 증기 엔진을 개발하여 1912년까지 태양광 엔진 시스템 전체를 특허로 취득할 수 있게 되었다.

슈만은 1912년에서 1913년 사이에 이집트 마아디에 세계 최초의 태양열 화력발전소를 건설했다.슈만의 공장은 포물선을 이용해 나일강에서 인접한 목화밭으로 분당 22,000리터 이상의 물을 퍼올리는 45-52 킬로와트(60-70hp) 엔진을 가동했다.제1차 세계대전의 발발과 1930년대 값싼 석유의 발견으로 태양에너지의 발전을 저해했지만 1970년대 태양열에 [16]대한 새로운 관심으로 슈만의 비전과 기본설계가 부활했다.1916년 Shuman은 다음과 같이 태양 에너지의 이용을 옹호하는 언론에 인용되었다.

우리는 열대지방에서 태양 에너지의 상업적 이익을 증명했고, 특히 석유와 석탄의 저장고가 고갈된 후 인류는 태양 광선으로부터 무한한 에너지를 받을 수 있다는 것을 증명했다.

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상업용 식물

스페인의 안다솔 태양광 발전소.
포물선 홈 배열
주요 기사:태양광 발전소 목록

포물선 홈을 사용하는 상업용 플랜트는 야간에 열 저장 장치를 사용할 수 있지만 일부는 하이브리드이며 2차 연료원으로 천연 가스를 지원합니다.미국에서 발전소가 재생 에너지원으로 인정받기 위해 사용되는 화석 연료의 양은 전기 [citation needed]생산의 최대 27%로 제한된다.실제 태양열 집열기 외에 냉각소, 응축기, 축열기 등이 포함되기 때문에 면적 1평방미터당 발전량은 [citation needed]매우 다양하다.

2014년 현재 포물선 기술을 사용하는 최대 태양광 화력 시스템에는 캘리포니아 354MW SEGS 발전소, 용융 염 저장소가 있는 280MW 솔라나 발전소, 250MW 제네시스 솔라 에너지 프로젝트, 스페인 200MW 솔라벤 솔라 발전소, andasol 1 솔라 발전소가 있다.[1][2]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b NREL.gov 미국 태양광 발전 프로젝트 집중, 2014년 2월 17일
  2. ^ a b 2014년 2월 17일 스페인 NREL-gov 태양광 발전 집중 프로젝트
  3. ^ Chaves, Julio (2015). Introduction to Nonimaging Optics, Second Edition. CRC Press. ISBN 978-1-4822-0673-9.
  4. ^ Roland Winston et al.... Nonimaging Optics, Academic Press, 2004 ISBN 978-0-12-759751-5
  5. ^ Diogo Canavarro 등, 포물선 1차용 새로운 2단계 농축기(XX SMS); 기존 포물선 트로프 농축기와의 비교, 태양 에너지 92(2013) 98–105
  6. ^ Diogo Canavarro et al., 고정 리시버 트로프용 무한소형 에텐듀 및 동시 다중 표면(SMS) 농축기, Solar Energy 97 (2013) 493–504
  7. ^ "Absorber tube temperature". abengoasolar.es. Archived from the original on 2009-08-01.
  8. ^ 파텔99 9장
  9. ^ "Parabolic Trough". www.gsenergy.eu. 6 December 2017.
  10. ^ Son, B. C. (1 January 1978). "Analysis of flat mirror V-trough solar concentrator". Ph.D. Thesis. Bibcode:1978PhDT.......157S – via NASA ADS.
  11. ^ Harry Tournemille. "Award-Winning Solar Reflectors Will Cut Production Costs". www.energyboom.com. Retrieved 2009-11-25.
  12. ^ a b Deloitte Touche Tohmatsu Ltd, "에너지 & 자원 예측 2012", 2011년 11월 2일
  13. ^ Helman, Christopher, "태양의 기름", "Forbes", 2011년 4월 25일
  14. ^ 에렌주 구센스, "Chevron은 캘리포니아에서 석유를 추출하기 위해 태양열 증기를 사용한다", "Bloomberg", 2011년 10월 3일
  15. ^ "GlassPojnt Announces Belridge Solar Project".
  16. ^ Smith, Zachary Alden; Taylor, Katrina D. (2008). Renewable And Alternative Energy Resources: A Reference Handbook. ABC-CLIO. p. 174. ISBN 978-1-59884-089-6.
  17. ^ 미국의 발명가가 이집트의 태양을 동력으로 사용하고 있다; 기기는 열선을 집중시켜 더운 기후에서 관개 펌프를 구동하는 데 사용할 수 있는 증기를 생산한다, 뉴욕 타임즈, 1916년 7월 2일.

참고 문헌

외부 링크