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Análisis comparativo de generación de energía solar térmica y generación de energía fotovoltaica.

Número Navegar:1     Autor:Editor del Sitio     publicar Tiempo: 2019-03-28      Origen:motorizado

Análisis comparativo de generación de energía solar térmica y generación de energía fotovoltaica.


La generación de energía térmica tradicional convierte la energía almacenada en fósiles en calor por combustión y luego en electricidad. La generación de energía solar térmica utiliza una gran cantidad de espejos para enfocar la luz directa del sol, convertirla en calor calentando agua u otro medio de trabajo, y luego usar el mismo proceso que el ciclo termodinámico tradicional para formar una temperatura alta. El vapor a alta presión promueve el trabajo del grupo generador de turbina de vapor, y finalmente convierte la energía térmica en energía eléctrica. El principio del típico sistema de ciclo térmico de generación de energía solar térmica se muestra en la figura.

Diagrama esquemático del sistema de ciclo termodinámico de generación de energía solar térmica

Es a través de estos enlaces que la tecnología de generación de energía solar fototérmica y la tecnología tradicional de generación de energía térmica se integran sin problemas. Como la tecnología de generación de energía térmica ya ha sido muy madura, reduce el riesgo del desarrollo técnico general de la generación de energía solar fototérmica.

Según el Informe especial de investigación sobre el mercado de utilización de energía térmica de China y el Informe de consulta de estrategia de inversión 2013-2018 emitido por China Industry Information Network, la tecnología de generación de energía solar incluye principalmente la generación de energía solar fotovoltaica y la generación de energía solar fototérmica. El principio de la generación de energía fotovoltaica es que cuando la luz solar brilla en las células solares, las células absorben la energía de la luz y producen un efecto fotovoltaico. La acumulación de carga anormal ocurre en ambos extremos. Si los electrodos se extraen y cargan, se obtendrá la potencia de salida. La generación de energía fotovoltaica es la tecnología principal en la industria de la energía solar, que es relativamente madura. El estado ha dejado en claro que el precio de la electricidad en la red (varía en el rango de 0.9-1 yuanes / grado en diferentes regiones) y el costo de la generación de energía también se ha reducido a aproximadamente 0.7 yuanes / grado. La generación de energía fototérmica tiene un tiempo de desarrollo relativamente corto en China, y ha aprovechado la integración y el control de métodos y equipos de concentración solar, transferencia y almacenamiento de calor a alta temperatura, diseño de plantas de energía, etc. Se han logrado avances sustanciales, pero el comercio el rendimiento es relativamente pequeño, la política de tarifas de energía aún no se ha implementado y el costo de generar electricidad también es alto, aproximadamente 0.9 yuanes / grado. Sin embargo, en comparación con la generación de energía fotovoltaica, la generación de energía solar fototérmica tiene las siguientes ventajas:

1) La potencia de salida de la generación de energía solar fototérmica es estable, la potencia es ajustable y fácil de conectar a la red.

En la actualidad, el sistema de generación de energía fototérmica solar puede mejorar las características de salida agregando unidades de almacenamiento de calor o mediante combustión adicional u operación combinada con energía térmica convencional. Sin embargo, la generación de energía fotovoltaica se ve muy afectada por la intensidad de la iluminación de la luz solar, que ejerce una gran presión sobre la red eléctrica después de conectarse a la red. Su forma única de generación de energía hace que sea difícil fusionarse con las centrales eléctricas tradicionales.

Mejora de las características de salida de la generación de energía fototérmica por almacenamiento térmico (generación de energía fototérmica de canal y torre). El almacenamiento del exceso de calor durante el día y la liberación de energía por la noche pueden realizar un suministro continuo de energía de generación de energía fototérmica, garantizar la estabilidad actual y evitar el problema del afeitado máximo que es difícil de resolver para la generación de energía fotovoltaica y la generación de energía eólica. De acuerdo con los diferentes modos de almacenamiento de calor, las horas de utilización y la capacidad de generación de la estación de energía se pueden aumentar en diversos grados, y se puede mejorar el rendimiento de regulación de la estación de energía.

Mejora de las características de salida de la generación de energía fototérmica a través de la combustión suplementaria u operación combinada con energía térmica convencional. Las plantas de energía solar térmica pueden usar combustibles fósiles para repostar o funcionar junto con la energía térmica convencional, de modo que puedan continuar generando electricidad en la noche o en días nublados continuos, e incluso puedan soportar constantemente la operación de carga base, de modo que La utilización de la generación de energía puede ser de aproximadamente 7000 horas.

2) Generación de energía fototérmica solar libre de contaminación

La generación de energía fototérmica es un proceso de producción limpio, que básicamente utiliza medios físicos para convertir la energía fotoeléctrica. Tiene poco daño al medio ambiente. La emisión de CO2 de la estación de energía solar fototérmica en todo su ciclo de vida es de solo 13-19 g / kWh. La debilidad fatal de la tecnología de generación de energía fotovoltaica es que las células solares tienen una gran pérdida ambiental en el proceso de producción, que es un proceso de alto consumo de energía y alta contaminación. Los expertos de la industria creen que la energía ahorrada por las células solares en el ciclo de vida no es económica en comparación con los recursos consumidos por la producción de las células solares.


fotovoltaica

Fototérmica

Principio de generación de energía.

Los fotoelectrones se forman con luz visible a la luz solar. El proceso de generación de electricidad se logra mediante el uso de un semiconductor para adsorber y formar una corriente eléctrica.

El uso de energía térmica en la luz solar se convierte en energía cinética, y el proceso de generación de electricidad se convierte aún más en energía eléctrica utilizando una turbina de vapor.

Recursos de energía solar disponibles

60%

30%

Costo de generación de energía

0,7 yuanes / kWh

0.9 yuan / kWh

Precio en la red

0.9 ~ 1 yuan / grado

No

Sistema de almacenamiento de energía

Use la batería para almacenamiento de energía, corta vida y alta pérdida

Almacenamiento térmico a través de materiales como sal fundida, agua, etc., larga vida útil y baja pérdida.

Horas anuales de generación de electricidad (horas)

1800 ~ 2200

Almacenamiento de energía: 5000 no almacena energía: 2000 arriba y abajo

Fusionada con plantas de energía tradicionales.

No puedo

lata

Características de potencia de salida

Inmutable

Se puede cambiar, ajustar

Limpieza del proceso de producción.

Alta contaminación

Limpiar

Eficiencia de conversión

10 ~ 20%

15 ~ 30%

Área de piso (m2 / MW)

25 ~ 30

35 ~ 40

Ámbito de aplicación

Adecuado para la generación distribuida a pequeña escala.

Debido a su similitud con la generación de energía térmica, también es adecuado para la generación centralizada de energía a gran escala.

Nivel de habilidad global

Aplicación de tecnología madura

La tecnología es relativamente madura.

Nivel de industrialización global

Alto grado de industrialización.

La industrialización se forma inicialmente

Nivel de industrialización nacional

Alto grado de industrialización.

Sin industrialización

Ventaja

La tecnología y la industria son relativamente maduras.

El costo de almacenamiento de calor es bajo y la eficiencia es alta. Las horas anuales de generación de energía son largas y se pueden combinar de manera efectiva con otras generaciones de energía. Es la condición más adecuada para reemplazar gradualmente la energía térmica y servir como carga de energía básica.

Desventaja

Hay contaminación en el proceso de producción y la estabilidad no es alta.

Altos requisitos geográficos

Comparación de la generación de energía fotovoltaica y fototérmica De acuerdo con diferentes formas de concentración, la tecnología CSP se divide principalmente en: torre, canal, plato y Fresnel lineal. Lo común es utilizar diferentes tecnologías para calentar el fluido de trabajo y luego impulsar la turbina de vapor para generar electricidad. También puede usar el motor Stirling en el proceso de convertir la energía térmica en energía eléctrica. Las plantas de energía fototérmica de canal y torre ahora han logrado una operación comercial a gran escala, mientras que el plato y el Fresnel lineal están en la etapa de demostración del sistema. Los tres tipos de sistemas CSP actualmente ampliamente utilizados se comparan en la tabla a continuación.

Comparación de tres sistemas CSP


Trough

Plato

Torre

Escala de generación de energía (MW)

30 ~ 150

1 ~ 50

30 ~ 400

Temperatura de funcionamiento (° C)

320 ~ 400

750

230 ~ 1200

Eficiencia promedio del sistema (%)

15

25 ~ 30

20 ~ 35

Estado comercial

Comercializado

Completa la fase de demostración

Comercializado

La capacidad máxima de la máquina individual construida

280MW

100KW

133MW

Riesgo técnico

bajo

alto

medio

Almacen de energia

lata

batería

Lata, como sal fundida

Diseño de combustible múltiple

lata

lata

lata

Costo ($ / W)

4.0 ~ 2.7

12.6 ~ 1.3

4.4 ~ 2.5

El costo ($ / W) no considera el almacenamiento térmico

4.0 ~ 1.3

12.6 ~ 1.1

2.4 ~ 0.9

Ocupación de la tierra

Grande

pequeño

medio

Solicitud

Se puede conectar a la red para generar energía, calentar en la sección de temperatura media y en la sección de temperatura alta

Generación de energía distribuida de pequeña capacidad, fuente de alimentación del sistema independiente en áreas remotas

Se puede conectar a la red para generar energía, calentamiento de secciones de alta temperatura

Desventaja

El uso de aceite como medio de transferencia de calor limita la temperatura de funcionamiento hasta 400 ° C y produce solo vapor de calidad moderada

La confiabilidad necesita ser fortalecida, y los objetivos de costos de producción a gran escala aún no se cumplen.

El rendimiento, la inversión inicial y la comercialización no son suficientes.

Fuente: Red de Información de la Industria de China

1. A través de la generación de energía solar térmica

El sistema colector solar a través se muestra a continuación

Se utiliza un reflector parabólico para enfocar la luz solar en la línea de enfoque central de un colector solar. Bajo la acción del sistema de seguimiento solar, la luz solar se concentrará continuamente en el tubo colector en la posición de la línea focal. El fluido caliente que fluye en el tubo colector transporta continuamente el calor al generador de vapor a alta presión, y el calor se intercambia a través del intercambiador de calor para producir vapor caliente. Si el vapor generado se utiliza para generar energía o para calentar, el vapor caliente se comprime, condensa y refluye en el generador de vapor caliente después del trabajo o la liberación de calor, y luego se calienta nuevamente a un ciclo continuo de vapor caliente en el sistema de circuito cerrado. Si el vapor producido se usa en otros procesos de producción y se consume, debe complementarse con agua. Al mismo tiempo, el fluido del medio térmico que pasa por el intercambiador de calor volverá al campo del colector y se calentará nuevamente. Para producir vapor cuando la energía solar es insuficiente, se pueden colocar tanques de almacenamiento de calor en el sistema para almacenar el exceso de energía y suministrar el sistema cuando la energía solar es insuficiente, a fin de aumentar la eficiencia de la utilización de la energía solar.

2. Generación de energía solar térmica de plato

Tipo de disco, también conocido como tipo de disco, sus principales características técnicas son el uso del concentrador parabólico de disco, también es un colector de enfoque puntual, su relación de enfoque puede ser de cientos a miles de veces, por lo que puede producir temperaturas muy altas. . Los convertidores termoeléctricos, como los motores Stirling o los motores térmicos de ciclo Rankine, se instalan en sus receptores para convertir la energía térmica directamente en electricidad. Se puede utilizar en una conexión paralela simple o múltiple, adecuada para la generación de energía a pequeña escala, por lo que es más adecuada para áreas montañosas remotas lejos de la red eléctrica para llevar a cabo una fuente de alimentación distribuida fuera de la red.

Diagrama de la estación de energía solar fototérmica de disco

3. Generador de energía del colector Fresnel

El sistema colector Fresnel se muestra en la Fig. 8. En 1990, los científicos australianos presentaron el concepto de concentrador de reflector lineal compacto Fresnel y sistema de generación de vapor basado en la experiencia de la cubeta y la torre. Fue diseñado por FRAUNHOFER en Alemania en 2002, y el concentrador solar Fresnel con 5000 m2 fue fabricado por Solamendo Company en Bélgica. En comparación con el tipo de ranura, la ventaja clave de este sistema es que la relación de enfoque de Fresnel es grande, se puede obtener alta temperatura y la base y el motor requeridos para cada espejo de metro cuadrado son pocos. El sistema utiliza un espejo plano estándar en lugar de un espejo de superficie que necesita un método de procesamiento especial, de modo que todos los espejos estén cerca del suelo, reduciendo la carga de viento y el uso de acero, reduciendo así el costo.

Cuadro de principios básicos de la central solar fototérmica de Fresnel

4. Generación de energía solar térmica en torre

Como se muestra en la siguiente figura, el sistema de la torre tiene las características de gran escala, corta distancia de transferencia de calor, baja pérdida de calor, alta relación de concentración y alta temperatura. Es uno de los costos de generación más bajos en varios sistemas de generación de energía fototérmica. La radiación solar se refleja en el absorbedor de calor en la parte superior de la torre mediante el uso de matrices de campo de heliostatos fijos formados por muchos heliostatos fijos. El absorbedor de calor se calienta para producir vapor directamente o después de la transferencia de calor, lo que impulsa la turbina de vapor para impulsar el grupo electrógeno, convirtiendo así la energía solar en electricidad. Todo el sistema se compone principalmente de cuatro partes básicas: sistema de concentración, sistema endotérmico, sistema de almacenamiento de calor y sistema de generación de energía.

Diagrama de principios básicos de la estación de energía solar fototérmica de torre

En la actualidad, el CSP de canal y torre se ha comercializado, y la participación de Fresnel y la tecnología de platos aún es muy pequeña, y no hay signos de desarrollo a gran escala a corto plazo. Los sistemas CSP de tipo valle del mundo representan la proporción más alta, porque la inversión inicial en sistemas CSP de tipo torre es alta y el almacenamiento de energía de los sistemas de generación de energía tipo plato es difícil. Sin embargo, el sistema CSP tipo torre tiene una alta eficiencia integral y es muy adecuado para aplicaciones comerciales a gran escala y gran capacidad. En la construcción planificada del proyecto CSP, la proporción de torres ha excedido la tecnología mínima. Creemos que la futura tecnología CSP tipo torre será el principal género técnico de CSP.

Estadísticas de relación instalada de cuatro tecnologías CSP (a partir de marzo de 2013)

categoría

Trough

Torre

Fresnel

Plato

Construido

26,9%

0.8%

0.6%

0,04%

En construcción

28,6%

7,4%

1,8%

Construcción planificada

15,9%

17,6%

0.3%

Total

71,4%

25,9%

2,7%

En la actualidad, el sistema de concentración de cubetas, que se comercializa ampliamente, es principalmente del tipo de armadura tubular, que consume mucho acero, es importante y tiene un alto costo. Además, se trata de un solo eje de seguimiento, con baja relación de concentración y baja eficiencia de conversión fototérmica. El sistema de concentración de platos tiene una alta eficiencia óptica y un bajo error de seguimiento, y adopta un colector de alta eficiencia, por lo que tiene una alta eficiencia de conversión termoeléctrica y similares. Sin embargo, cuando se aumenta el área de concentración, se incrementa la dificultad de diseño del cuerpo del bastidor de soporte, y la cantidad de acero utilizada aumenta considerablemente debido al requisito del nivel de resistencia al viento, lo que resulta en un aumento en el costo del sistema. Como un sistema de concentración lineal de Fresnel, aunque los costos de construcción y mantenimiento son relativamente bajos, los problemas de oclusión y sombra están muy extendidos, lo que resulta en una baja eficiencia del sistema, y ​​el múltiple de concentración es solo decenas de veces. El problema de la pérdida de energía en la tubería de calor también es un problema que no se puede ignorar en los colectores lineales de Fresnel.

En comparación con las deficiencias mencionadas anteriormente, el disco compuesto de Qinhuangdao Yuyang Solar Energy Technology Co., Ltd. tiene las siguientes ventajas como un nuevo tipo de sistema de concentración:

(1) Diseño fijo de foco (es decir, dispositivo de recolección de calor del sistema fijo): tiene las características de que el foco de la torre no se mueve. La invención reduce la dificultad de diseño del receptor del sistema de concentración solar y resuelve el problema de que la instalación de la tubería es ubicua en otros sistemas.

(2) Seguimiento de doble eje de alta precisión, diseño de enfoque de alto enfoque: utilización de alta temperatura.

(3) Disposición optimizada del campo del espejo y la forma del receptor: resuelve el problema de la oclusión y la sombra en el sistema de colector lineal tipo espejo de Fresnel.

(4) Diseño de bajo perfil: buena resistencia al viento, estructura simple, pequeña cantidad de consumibles, fácil instalación y ahorro en costos de construcción.

(5) Aplicación de la columna de grafito para los componentes del núcleo de recolección de calor: utilizando una columna de grafito con buena conductividad térmica, resistencia a la corrosión y estabilidad química, el colector se integra con el dispositivo de almacenamiento de energía de conducción de calor de manera directa.

Qinhuangdao Dongyang Technology Co., Ltd. es una empresa de alta tecnología especializada en investigación y desarrollo de productos solares térmicos. En 2014, confiando en Qinhuangdao Yuyang Solar Energy Technology Co., Ltd. para completar la investigación y el éxito de la organización de servo de seguimiento solar, y formalmente formar una alianza estratégica.

Los principales productos de Qinhuangdao Dongyang Technology Co., Ltd. son sistemas solares térmicos de seguimiento automático tipo plato y tipo comedero. Dongyang puede proporcionar servicios de diseño e implementación de soluciones para el sistema de campo de clúster termosolar, así como servicios de diseño e implementación de sistemas para proyectos de utilización fototérmica de temperatura media y alta, como calefacción, enfriamiento, secado, fermentación y desalinización, y cooperación completa con otras unidades . Varios proyectos piloto para CSP.

El sistema y equipo solar térmico de Qinhuangdao Dongyang Technology Co., Ltd. se puede aplicar en un amplio espacio de mercado. Además de la generación de energía, también involucra la agricultura, la industria auxiliar, la integración de edificios solares, la desalinización y otras aplicaciones.


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