7/28/2019 5 Solara1

1/14

ENERGIA SOLAR

Durata de via a astrului solar este de 5 miliarde de ani, ceea ce nseamn c, la scaranoastr a timpului, el reprezint o energie inepuizabil $i deci regenerabil.

Energia total captat de scoara terestr este de 720*106 TWh pe an, corespunztoareunei medii de 200W/m2. Aceast valoare nseamn c o locuin de mrime medie are un

acoperi$ mai mult dect suficient pentru a produce energie electric necesar. n fapt, energiaprimit zilnic de Pmnt de la Soare, reprezint necesarul de energie al ntregii populaii aTerrei pentru 27 de ani! Dar disponibilitatea acestei energii depinde de ciclul zi-noapte, delatitudinea locului unde este captat, de anotimpuri $i d e ptura noroas.

Dup unele clasificri, energia solar este considerat sursa primarpentru energiileregenerabile de natur:

- solar termic $i fotoelectric- eolian- hidro de natur marin (valuri maree)- termo oceanic- biomas

7/28/2019 5 Solara1

2/14

n continuare, se vor considera doar cele dou forme clasice pentru energia solar,respectiv conversiile solar-termic $i solar-electric (fotoelectricitatea).

CONVERSIA SOLAR-TERMIC

n ceea ce prive$te conversia solar-termic, exist dou categorii majore, respectiv:

- CSP Concentrating Sun Power energia solar este concentrat $i utilizatpentrucre$terea temperaturii unui agent termic, utilizat ulterior pentru producerea energiei electrice,ntr-un sistem de amploare industrial;

- captatori de micputere, destinai, n general utilizrii pe scar redus, n generalpentru obinerea apei calde (aplicaii casnice sau industriale de micputere).

n ceea ce prive$te eficiena economic, n tabelul de mai jos sunt sintetizate preurilepe kW pentru cele mai reprezentative tehnologii neconvenionale

Se observ tendina puternic de scdere a preului/kW pentru producerea industrialde energie electricpe baza energiei solare termice.

Acest aspect este determinat $i de disponibilitatea acestei surse. n figurile urmtoare

sunt ilustrate resursele estimate (neregenerabile $i regenerabile).1 Quad = 1015 BTU; 1 BTU = 1055 J = 252 cal.

Consumul anual SUA 100.000.000.000.000.000.000 J = 100 QuadsConsumul anual mondial 400.000.000.000.000.000.000 J = 400 Quads

7/28/2019 5 Solara1

3/14

Convertoare de tipul CSP (Concentrating Sun Power)

Exist trei tehnologii de bazpentru acest tip de concersie:- Power tower;- oglinzi parabolice liniare (trough = troace);- oglinzi parabolice $i motoare Stirling sau generator de aburi.

Tehnologia Power tower

Studiile au debutat n anii 1970, cnd inginerii de la Sandia National Laboratories dinAlbuquerque, New Mexico $i Livermore, California, au studiat conceptul de turn de for$iau ajuns la concluzia c s-ar putea obine energie electricpe scar mare, suficientpentru aalimenta ora$e ntregi. n consecin, n anul 1976 s-a construit la Sandia n Albuquerque bazaexperimentalNational Solar Thermal Test Facility (NSTTF).

La NSTTF, turnul are 63 m nlime $i 222 heliostate (oglinzi) controlate digital.Acestea pot direciona razele solare ctre una din cele patru faciliti de producie, fiindcapabile de o producie termic de 5 MW. Baza experimental a fost folosit n cadrul a $ase

programe importante de dezvoltarea a turnurilor de for (Power tower), inclusiv pentru SolarTwo (tehnologie cu sare topit).

Cteva caracteristici ale bazei experimentale:

- putere termic 5 MW;- flux maxim 260 W/cm2;- suprafaa de captare 2800 m2;

7/28/2019 5 Solara1

4/14

Pot fi studiate:- comportarea $i caracteristicile componentelor$i materialelor;- efectele nclzirii aerodinamice asupra transmisiilor radar;- simularea flash-ului nuclear;- observaii astronomice;- calibrarea sateliilor.

Principiul de funcionare al centralelor de tipul Power tower este ilustrat n figuraurmtoare. Energia solar este concentrat n vrful turnului, unde este nclzit agentul termic,ce este utilizat apoi pentru producerea aburului necesar antrenrii turbinelor, ca ntr-o centraltermo-electric clasic.

Centralele de tip Power tower pot atinge factori de ncrcare medie anual de pn la60%. Pe durata zilelor de var (mai lungi), factorul de ncrcare poate atinge chiar 80%.Aceste valori sunt posibile doar utiliznd sisteme de stocare. Fr astfel de sisteme, factorulde ncrcare este limitat la aproximativ 25%.

7/28/2019 5 Solara1

5/14

Imediat dup construirea NSTTF, s-a nceput construire primei centrale solare de 10MW, Solar One, lng Barstow, California. n 1982 aceasta a intrat n funciune. Ea avea unturn de 90 m $i 1818 heliostate. Centrala a funcionat, conform proiectului, pn n 1988,dovedind c se poate produce energie pe scar industrial cu tehnologia Power Tower (nultimul an a funcionat 96% din timp). Pe durata ei de via a furnizat 38.000 MWh,funcionnd aproape n permanen la capacitatea nominal de 10 MW.

Cele mai mari probleme ntmpinate au fost legate de:- realizarea unor oglinzi foarte mari cu care s fie focalizate razele solare, innd cont

de deplasarea Soarelui;- energia foarte mare captat de receptorul central (de pn la 1000 de ori mai mult

dect radiaia normal, ceea ce duce la atingerea unor temperaturi de pn la 565 C.

Ca agent termic, n cazul centralei Solar One a fost utilizat apa. Aceasta era pompatn turn, transformat n abur, care era utilizat apoi fie pentru antrenarea turbinelor, fie pentru

stocarea energiei termice cu ajutorul unor rezervoare imense care conineau un amestec deulei, nisip $i roci.

7/28/2019 5 Solara1

6/14

Ro$u energii (termic $i electric) estimate;

Albastru energii (termic $i electric) obinute.

Experimentul $i-a dovedit ns $i limitele, mai ales n ceea ce prive$te sistemul destocare a energiei $i funcionarea pe timp cu nnorri intermitente.

Pe baza experienei acumulate, s-a realizat centrala Solar Two, pentru care agentultermic a fost sarea. Unele sruri au capacitatea de a nmagazina, n stare lichid, mult energietermic Au fost reutilizate o mare parte din echipamentele centralei Solar One (cmpul deheliostate, turnul, turbine).

Qinnd cont de agentul termic folosit, s-a realizat un receptor nou, un alt sistem destocare $i de transport al agentului termic.

7/28/2019 5 Solara1

7/14

7/28/2019 5 Solara1

8/14

Caracteristici:

Heliostate- 1818 heliostate, fiecare cu suprafaa d e 3 9 m2, reutilizate de la Solar One;- 108 heliostate noi (95 m2 fiecare).

Receptorul central

- diametru 5,1 m;- nlime 6,2 m;- 24 de panouri, fiecare cu 32 de tuburi de diametru 25 mm;- putere termic nominal 43 MW.

Sistemul de stocare- 2 rezervoare cu diametrul de 12 $i nlimea de 8 m;- 1400 t de sare (60 % nitrat de sodiu $i 40 nitrat de potasiu = saltpeter).

Generatorul de abur- putere termic 35,5 MW la 100 bari $i 538 C.

Generatorul electric- 10 MW, reutilizat de la Solar One

Cost proiect 58 milioane $

Proiectarea $i construcia centralei Solar Two s-a realizat n perioada 1992 1995.Primele teste s-au desf$urat la nceputul anului 1996. Centrala a funcionat n perioada aprilie1996 - aprilie 1999.

Cteva performane realizate:- puterea maxim 11,6 MW;- energia zilnic maxim 105 MWh;- producia lunar maxim 1633 MWh (valoarea proiectat 1500 MWh);- poate acoperi necesarul a 10.000 de locuine;- funcionare de durat. Exemplu, n 1998, ntr-o perioad de 39 de zile, a funcionat

32 de zile (4 zile nefavorabile meteorologic, 1 zi ntrerupere a conexiunii electrice externe, 2zile de ntreinere);

- randamentul receptorului central 88% n condiii de vnt slab $i 86 % n condiii devnt moderat;

- randamentul sistemului de stocare 97%;- consumul propriu (pompe de sare, nclzirea conductelor pentru prevenirea

solidificrii srii) redus.

Estimarea costului energiei produse cu astfel de sisteme

7/28/2019 5 Solara1

9/14

Urmeaz industrializarea sistemului de ctre un consoriu internaional din care facparte $i Bechtel $i Boeing, n Spania, Egipt, Maroc $i Italia. Centralele vor fi de 40 MW (depatru ori mai mari dect Solar Two), cu generator de 15 MW care s produc 24 h/zi,urmrindu-se realizarea unor centrale de 30-200MW.

n Europa, exist o singurplatform experimental de acest gen, aflat n Spania, pe

Plataforma Solar de Almera, Spain. Cmpul colector este format din 300 de heliostatedistribuite pe 16 rnduri n partea de nord a platformei. Suprafaa total a heliostatelor este de1.880 m2. Fiecare heliostat este format din 12 elemente reflectorizante curbate. Turnul arenlimea de 80 m. Platforma experimental nu produce energie electric, ci este utilizat

pentru a testa diferitele componente (heliostate, receptorul, tehnologia de stocare, tehnicile decontrol) $i pentru aplicaii acre necesit temperaturi ridicate (producerea de metan) $i testareadiferitelor materiale, cum ar fi scuturile termice ale vehiculelor, simulndu-se reintrarea natmosfer

Tehnologia cu oglinzi parabolice liniare

Energia Soarelui este concentrat, cu ajutorul unor oglinzi parabolice liniare, fiinddirecionat ctre un tub (aflat n focarul parabolei) prin care circul ulei. Energia termic esteapoi utilizatpentru obinerea aburului pentru antrenarea unei turbine clasice, care la rndul eiantreneaz un generator electric.

O astfel de central presupune un cmp de oglinzi parabolice orientate pe direcianord-sud, care pot fi rotite est-vest pentru a urmri deplasarea Soarelui.

7/28/2019 5 Solara1

10/14

n prezent, toate centralele de acest tip sunt hibride, n sensul c folosesccombustibil fosil (gaze) pentru compensarea perioadelor cu radiaie redus. Ele sunt prevzute$i cu sisteme de stocare.

Imagini ale centralei de la Kramer Junction, California

7/28/2019 5 Solara1

11/14

7/28/2019 5 Solara1

12/14

Cea mai mare capacitate de producie (SEGS) a fost construit ntre 1984 $i 1991, nde$ertul Mojave, California $i totalizeaz 354MWe. Complexul SEGS const n nou centralecu concentratoare parabolice liniare, ce folosesc gazele naturale ca surs de rezerv, dar maximum 25 % din energia livrat este produs cu ajutorul acestora. n cei mai buni ani, doar5% din energie a fost produs pe baz de gaze naturale. Ea a funcionat continuu de cnd afost concesionat $i exploatat strict comercial, asigurnd necesarul de energie electric

pentru o populaie de 250.000 locuitori. n plus, producia a crescut anual cu 35%, datoritameliorrii exploatrii n ultimii 10 ani, scderii costurilor de ntreinere cu 40% ca urmare arezultatelor iniiativelor private de cercetare $i dezvoltare. Randamentul maxim atins a fost de21%, iar media anual este cuprins ntre 14 $i 18%. Factorul de capacitate anual (pondereadintr-un an cnd puterea nominal a fost meninut doar pe baza energiei solare) a fost de24%.

n Europa, exist o instalaie pilot, la Plataforma Solar de Almera, n Spania, numitThe Direct Solar Steam project (DISS). Aceasta este compus dintr-un cmp de 11 colectoare

parabolice liniare (trough = troace), orientate pe direcia nord-sud, avnd o suprafareflectiv total de 2.750 m2. Cele 11 colectoare sunt realizate din module parabolice de 12 m

lungime, 5,7 m lime, conectate n serie pe cte 550 m.

Tehnologia cu oglinzi parabolice $imotoare Stirling sau generator de abur

Sistem Boeing/Stirling Energy Systems

Sistem Science Application International Corporation/STM Power Inc. de 25 kW cefuncioneaz n Phoenix, Arizona.

7/28/2019 5 Solara1

13/14

n general, oglinzile parabolice au 8-10 m diametru, dar exist $i realizri mai mari.De exemplu, cel mai mare captor de acest gen, Big Dish se afl n Australia $i are osuprafa de 400 m2. Oglinda parabolic este format din 54 de elemente reflectorizantetriunghiulare, $i produce abur la temperature de 500C. Aburul antreneaz un turbo-generatorconectat la reeaua Canberra.

Aceast tehnologie are totu$i cel mai mare randament, putnd ajunge la 29 %, fa de20 %, specific celorlalte tehnologii solare.

Evoluia preurilor

Domeniile de putere sunt 1MWe pentru oglinzi parabolice, 10MWe pentru Powertower$i 50MWe pentru centralele cu troace parabolice.

n prezent, preurile sunt de ordinul a 3.000 /kWe pentru Power tower $i troaceparabolice, iar odat cu realizarea unor capaciti de 100MWe-200MWe (pn la 1 GWe, ceeace este comparabil cu o central nuclear $i ar necesita 17 km2 de de$ert), preul va scdea ncontinuare. Pentru oglinzile parabolice preul este nc mare. Se sper ca odat cu dezvoltriletehnologice, preul s scad sub 5.000 /kWe.

Alte utilizri ale CSP: n procese chimice, pentru producerea de hidrogen sau metale.Instalaiile de laborator au atins un randament de 100%, dar pentru procesele industriale se

poate miza pe un randament de 50 % (foarte bun).

n figura urmtoare sunt sintetizate aplicaiile $i tehnologia corespunztoare pentruconversia solar-termic.

7/28/2019 5 Solara1

14/14

n 2003, existau proiecte demonstrative n derulare ce nsumau 2,7 GWe $i peste 10milioane m2 de captatori solari. Majoritatea proiectelor propuneau intrarea comercial nfunciune n 2010. Investiia total reprezint 4,5 miliarde .