عرفان سلیم زاده
11th March 2012, 01:35 PM
سیستم‌های قدرت با متمرکز کننده‌های خورشیدی
نور متمرکز شدة خورشید از سالها قبل و از چین باستان برای کاربردهای زیادی مورد استفاده قرار می‌گرفت. در افسانه‌ها آمده است که ارشمیدس با استفاده از سپرهای پولیش شده نور خورشید را متمرکز کرده و توسط آن ناوگان متجاور دوم را از سرزمین خود بیرون راند. آگوست موچاوت (Auguste Mouchaut) نیز از یک متمرکز کنندة سهموی برای تولید بخار برای اولین موتور بخار خورشیدی در سال 1866 استفاده کرد. بعدها تجهیزات متمرکز کننده‌های اشعة خورشید برای آبیاری، سرمایش و حمل و نقل مورد استقاده قرار گرفت.
http://azenasanatparsian.com/images/stories/1267607225.gif سیستم‌های قدرت متمرکز کننده‌های خورشیدی با استفاده از لنزها و یا آینه‌ها اشعة خورشید را متمرکز می‌کنند. این اشعه‌های متمرکز شده بعداً به عنوان منبع حرارت برای نیروگاهها استفاده می‌شود. امروزه طیف وسیعی از تکنولوژی سیستم‌های قدرت با متمرکز کننده‌های خورشیدی موجود میباشد که مهم‌ترین آنها سیستم‌های متمرکزکنندة سهموی، سیستم‌های متمرکزکننده با استفاده از دیش و سیستم‌های برج قدرت می‌باشند. این سیستم‌ها با توجه به روش جذب و متمرکز کردن نور خورشید کلاس‌بندی می‌شوند. در تمامی سیستم‌های فوق‌الذکر سیال عامل توسط اشعة متمرکز شدة خورشید گرم شده و سپس در تولید و ذخیرة انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سیستم‌های قدرت سهموی از یک منعکس‌کنندة سهمی شکل خطی برای متمرکز کردن اشعة آفتاب استفاده می‌کند. که در این سیستم اشعه‌های منکعس شده توسط گیرنده که در نقطة کانونی سهموی واقع شده است جذب می‌شود. منعکس‌کننده به صورتی ساخته می شود که با استفاده از سنسورها در طول روز مسیر خورشید را دنبال کند. این سیستم‌ها بهترین فاکتور استفاد از زمین را در میان سایر سیستم‌ها دارا میباشد. نیروگاه SEGS در کالیفرنیا نمونه‌ای از این نوع سیستم‌های تولید توان میباشد.
سیستم‌های تولید توان با استفاده از دیش‌های متمرکز کننده از یک منکعس‌کننده مستقل سهمی‌گون تشکیل شده است که اشعة خورشید را به سمت گیرنده‌ای که در نقطة کانونی دیش قرار گرفته هدایت می‌کند. سیستم‌های قدرت با دیش‌های متمرکز کننده بیشترین راندمان را در میان سیستم‌های CSP دارا میباشد. نمونه‌ای از این سیستم دی بزرگ 50 کیلوواتی در کانبریا واقع در کشور استرالیا میباشد. دیش‌های استرلینگ خورشیدی ترکیبی از یک متمرکزکنندة دیش شکل و یک موتور حرارتی استرلینگ میباشد که اشعة متمرکز شده توسط دیش منبع حرارت موتور استرلینگ میباشد. موتور استرلینگ به کار گرفته شده در این سیستم به ژنراتور کوپل می‌شود. مزیت اصلی این سیستم‌ها نسبت به سلول‌های فوتوولتائیک بازدهی بالاتر و عمر طولانی آنها میباشد. موتور استرلینگ عمری حدود 25 سال دارد.
سیستم‌های برج قدرت از یک سری منعکس‌کننده که با چیدمان مشخصی روی زمین قرار گرفته‌اند اشعه‌های خورشید را به طرف گیرندة مرکزی که در بالای برج قرار دارد هدایت می‌کنند. سیستم‌های برج قدرت نسبت به سیستم‌های متمرکزکنندة سهیم از پیچیدگی کمتری برخوردار هستند ولی در عوض دارای بازدهی بیشتر و قابلیت ذخیره‌سازی انرژی طولانی‌تری می‌باشند. نیروگاه‌های Solan two در بارستو واقع در کالیفرنیا و Planta solar 10 در سن لوکار لامایور واقع در اسپانیا نمونه‌هایی از این نوع سیستم‌های تولید توان می‌باشند.
سیستم‌های تولید توان با متمرکزکنندة مرکزی (CRS)
(برج قدرت Power Tower)
- شرح عملکرد سیستم
سیستم‌های برج قدرت با متمرکز کردن نور خورشید در مبدل حرارتی نصب شده در بالای برج (گیرنده) تولید الکتریسیته می‌کنند. در این سیستم از صدها و گاهی هزاران آینه که هلیوستات نامیده می‌شوند برای متمرکز کردن نور خورشید استفاده می‌شود. این سیستم‌ها بهترین انتخاب برای کاربردهای همگانی از 30 مگاوات تا 400 مگاوات میباشد.
در چنین سیستم‌هایی با سیال عامل نمک مذاب، نمک مذاب در دمای c˚290 از منبع سرد به گیرنده پمپ می‌شود و در آنجا تا دمای c˚565 گرم می‌شود و سپس برای ذخیره سازی به منبع گرم منتقل می‌شود. در مواقع نیاز نمک از منبع گرم به سمت واحد تولید بخار پمپ می‌شود که در آنجا بخار سوپرهیت برای سیکل لانکین جهت استحصال برق تأمین می‌شود. نمک مذاب پس از تبادل حرارت در واحد تولید بخار دوباره به منبع سرد منتقل شده و این سیکل دوباره طی می‌شود. در شکل یک طرح شماتیک از این سیستم و مسیر حرکت بخار مذاب نشان داده شده است. تعیین سایز بهینة منبع ذخیره برای توزیع بهینة قدرت یک فاکتور تعیین کننده در طراحی سیستم‌های نوع CRS میباشد. منبع ذخیره می‌تواند طوری طراحی شود که قدرت موردنیاز برای به حرکت درآوردن توربین را برای مدت 13 ساعت فراهم سازد. سایز گیرنده و مساحت نصب هلیوستات با توجه به نیاز واحد تعیین می‌شود. در سیستم‌های متداول طراحی به گونه‌ای انجام می‌شود که نرخ ذخیرة انرژی خورشید از نرخ انرژی خورشیدی لازم برای به حرکت درآوردن توربین را برای مدت 13 ساعت فراهم سازد. سایز گیرنده و مساحت نصب هلیوستات با توجه به نیاز واحد تعیین می‌شود. در سیستم‌های متداول طراحی به گونه‌ای انجام می‌شود که نرخ ذخیرة انرژی خورشید از نرخ انرژی خورشیدی لازم برای به حرکت درآوردن توربین پیشین بگیرد. در این شرایط حتی سیستم در حالتی که با تمام ظرفیت خود در حال تولید برق میباشد می‌تواند به ذخیرة انرژی نیز بپردازد. نسبت توان حرارتی تولیدی توسط سیستم گیرنده به حداکثر نیاز توان حرارتی توربین – ژنراتور را ضریب خورشیدی (solan multiple) می‌گویند. نیروگاه خورشیدی دشت موجا و در کالیفرنیا با سیال عامل نمک مذاب با داشتن ضریب خورشیدی 7/2 ضریب ظرفیت سالانه‌ای در حدود 65% را دارا میباشد. با این وجود سیستم‌های CRS پتانسیل کارکرد در 65% از سال را بدون نیاز داشتن به سوخت‌های بک‌آپ را دارند. بدون ذخیرة انرژی، تکنولوژی‌های خورشیدی ضریب ظرفیت عملکرد سالانه ای بیش از 25% را ندارند.
قابلیت توزیع برق برای یک سیستم نوع CRS با سیال عامل نمک مذاب در شکل نشان داده شده است. این شکل قابلیت توزیع برق را در یک روز معمولی در ایالت کالیفرنیا نشان می‌دهد. شکل فوق میزان ذخیره انرژی، شدت نور خورشید و برق تولیدی از نیروگاه را بر حسب ساعات روز نشان می‌دهد. با توجه به شکل سیستم از لحظاتی بعد از طلوع خورشید شروع به ذخیره سازی انژری در منبع گرم می‌کند. در پاسخ به نیاز شبکه در ساعت 1 بعدازظهر توربین وارد مدار می‌شود و تا ساعت 11 شب تولید توان می‌کند. با وجود سیستم ذخیره انرژی در این نیروگاهها توان تولیدی با وجود نوسانات در شدت تابش خورشید در طول روز تا تخلیة کامل منبع ذخیرة انرژی ثابت می‌ماند. توان ذخیرة انرژی و توزیع مناسب قدرت از عوامل مهم موفقیت این سیستم‌ها میباشد و نمک مذاب عنصری کلیدی برای اقتصادی کردن ذخیره انرژی به شمار می‌رود.
نیروگاه‌هایی با سیستم CRS باید در مقیاس‌های بزرگ ساخته شوند تا توجه اقتصادی داشته باشند. سیستم‌های CRS را نمی‌توان در سایزهای کوچک مشابه دیش/ استرلینگ و سیستم‌های سهموی قابل رقابت با سایر سیستم‌ها دانست اما قابلیت ذخیرة انرژی در این سیستم‌ها مزیت عمدة آنها به شمار می‌رود. در ایالات متحدة آمریکا قسمت‌های جنوب غربی به جهت پتانسیل مناسب از نظر تابش انرژی خورشید و هزینة کم زمین برای ساخت چنین نیرگواه هایی ایده‌آل می‌باشند. مناطق مساعد مشابه دیگر برای ساخت نیروگاه با سیستم CRS در جهان شمال آفریقا، مکزیک، آمریکای جنوبی، خورمیانه و هند می‌باشند.
تاریخچه
با وجود عدم جا افتادگی سیستم‌های CRS نسبت به سیستم‌های سهموی شماری از آزمایشات جهت امکان‌پذیری و پتانسیل سنجی اقتصادی تکنولوژی این سیستم‌ها در 15 سال اخیر در حال انجام میباشد. از اوایل دهة 80 میلادی سیستم‌های CRS در روسیه، ایتالیا، اسپانیا، ژاپن، فرانسه و آمریکا مورد توجه قرار گرفت. در جدول نمونه‌ای از این سیستم‌ها با برخی از مشخصات کلیدی آنها آمده است. این واحدها به جهت اثبات توان تولید قدرت و ارتقاع تکنولوژی نیروگاه های خورشیدی CRS ساخته شده‌اند.
در سیستم‌های اولیه انرژی جمع شده در گیرنده مستقیماً برای تولید بخار برای توربین استفاده می‌شود. با وجود سادگی این سیستم‌ها، مشکلات عدم توانایی ذخیره‌سازی مناسب انرژی، استفاده از این سیستم‌ها امروزه تقریباً منسوخ شده است.
گیرنده‌ها
سیستم گیرنده در واقع مانند دری میباشد که انرژی جذب شده در ککتور را وارد سیکل تولید توان می‌کند. این سیستم در واقع قلب نیروگاه‌های CRS میباشد و پیچیده‌ترین عضو این نیروگاهها به شمار می‌رود. مهم ترین عامل تأثیرگذار در طراحی گیرنده‌ها قابلیت پذیرش مقدار زیادی اشعة خورشید که توسط هلیوستاتها تأمین شده میباشد. این طیف وسیع از اشعة خورشید باید سیال عامل داخل گیرنده را گرم نماید. فلاکس حرارتی حاصل از هلیوستاتها بین 100 تا 1000 میباشد که این مقدار زیاد از فلاکس حرارتی باعث به وجود آمدن درجه حرارت‌های زیاد و در نتیجه ایجاد گرادیان زیاد دما در گیرنده و به موجب آن تنش‌های حرارتی می‌شود. این مقدار (فلاکس حرارتی) بستگی به ضیب تمرکز دارد و در فصول مختلف و طول روز متفاوت میباشد. به همین علت باید توجه ویژه ای به شکل گیرنده، سیال منتقل‌کننده، حرارت و چیدمان تیوبها و جنس آنها جهت عبور سیال عامل داشت. یکی از سیالات متداول برای انتقال حرارت در گیرنده‌ها نمک مذاب میباشد. بارزترین خاصیت نمک مذاب ظرفیت حرارتی زیاد و ضریب هدایت حرارت پایین ان میباشد که خاصیت اول باعث ایجاد امکان مناسب ذخیرة انرژی شده در حالی که خاصیت دوم باعث ایجاد چالش در طراحی مبدل حرارتی در گیرنده می‌شود.
با توجه به تجارب کسب شده در پروژه نیروگاهی Solar Two و موارد مشابه قبل طراحان واحد نیروگاهی Solar Tres ک یک نمونه واقعی از یک نیروگاه در سطح اقتصادی میباشد، در نظر دارند تا مقدار فلاکس حرارتی که به گیرنده می‌رسد را نسبت به نیروگاه Solar Two افزایش می‌دهند که این امر باعث افزایش درجه حرارت سیال منتقل‌کنندة حرارت (نمک مذاب) می‌شود. این امر این امکان را به طراحان می‌دهد که از گیرنده‌ای کوچکتر استفاده کنند که در نتیجة این کار اتلافات حرارتی گیرنده کاهش یافته و راندمان حرارتی سیستم زیاد می‌شود.
در پروژة نیروگاهی Solar Tres به این ترتیب برنامه‌ریزی شده است که فلاکس حرارتی حداکثر را از مقدار 8/0 به 2/1 افزایش دهند. این افزایش در فلاکس حرارتی تغییراتی را در طراحی و مواد گیرنده ایجاب می‌کند.
یکی از اولین قدم‌ها در طراحی نیروگاه‌های نوع CRS انتخاب نوع و تکنولوی گیرنده میباشد. عمدتاً دو نوع گیرنده در این سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
1- به دلیل زیاد بودن محدودة زاویة اشعه‌های بازتابیده شده توسط هلیوستاتها در گیرنده‌های نوع بیرونی در گیرنده‌های نوع داخلی نصف زاویة گیرنده 80 درجه میباشد.
2- ساختار ساپورت گیرنده‌های نوع بیرونی برای نصب روی برج ساده تر و سبکتر میباشد.
3- تعمیرات گیرنده‌های نوع بیرونی ساده‌تر انجام می‌پذیرد.
4- گیرنده‌های نوع بیرونی دارای عملکرد ساده‌تری هستند.
از نظر ساختار گیرنده‌های نوع بیرونی از یک سری پانل با لوله‌های عمودی کوچک و به صورت استوانه‌ای ساخته می‌شود. لوله‌ها از بالا و پایین به هدرهایی وصل می‌شود که سیال عامل را از هدر پایین به لوله‌ها انتقال می‌دهد و پس از گرم شدن سیال عامل توسط هدر بالایی جمع می‌شود. گیرندة استفاده شده در تأسیسات نیروگاه Solan one از نوع بیرونی میباشد که در شکل نشان داده شده است. این گیرنده در ارتفاع 1/77 متری برج قرار گرفته و از 24 پانل به ارتفاع 7/13 متر که هر کدام لوله‌هایی به قطر 7/12-70 میلی‌متر را شامل می‌شود، تشکیل شده است. با این شرایط می‌توان قطر متوسط گیرنده را 7 متر (23 فوت) در نظر گرفت. لوله‌ها از جنس Incoloy 800 می‌باشند و با یک لایة رنگ سیاه با قابلیت جذب بالا پوشش داده شده است.
گیرنده‌های نوع بیرونی معمولاًَ دارای نسبت ارتفاع به قطر 1 الی 2 می‌باشند. معمولاً محیط بیرونی گیرنده در حالت مینیمم طراحی می‌شود تا حداقل اتلافات حرارتی را داشته باشد. این حد پایین توسط حداکثر دمای کارکرد سیال عامل و ظرفیت حرارتی سیال عامل تعیین می‌شود. برای مثال برای نیروگاهی با سیال عامل سدیم مذاب و با ظرفیت 380 مگاوات به گیرنده‌ای با ارتفاع 15 متر و قطر 13 متر نیاز است. اگر در نیروگاه قبلی سیال عامل به جای سدیم، آب می‌بود گیرنده‌ای با مساحت بیرونی بیشتری (در حدود 2 برابر) موردنیاز می‌شود که این به دلیل پایین بودن قابلیت‌های انتقال حرارت آب میباشد.
در گیرنده‌های نوع داخلی به دلیل زاویة قابل قبول که (بین 60 الی 120 درجه) یا باید به صورت چندتایی در کنار هم نصب شوند یا هلیوستاتها طوری نصب شود که اشعه‌های بازتابیده شده در زاویة قابل قبول به گیرنده برسد. در طراحی گیرنده‌های نوع داخلی باید روزنة ورود مینیمم سایز ممکن را داشته باشد تا از اتلافات جابه جایی و تشعشع تا حد ممکن جلوگیری شود. البته باید توجه داشت که کوچک کردن زیاد سایز روزنه روی شار اشعه‌های ورودی به گیرنده تأثیر می‌گذارد و آن را محدود می‌سازد. سایر روزنه معمولاً به اندازة تصویر خورشید در دورتین هیلوستات انتخاب می‌شود در این حالت تنها 1 الی 4 درصد از اشعه‌های بازتابیده شده تلف می‌شود. برای نیروگاهی به ظرفیت 380 مگاوات عرض نمونه برای بزرگترین جزء گیرنده (گیرندة روبه شمال) 16 متر میباشد و شدت تابش عبوری از روزنه چهار برابر از شدت تابش روی سطح جذب بیشتر است.
منبع:http://azenasanatparsian.com/articles/1390-11-04-19-46-29/46-------crs---power-tower.html
نور متمرکز شدة خورشید از سالها قبل و از چین باستان برای کاربردهای زیادی مورد استفاده قرار می‌گرفت. در افسانه‌ها آمده است که ارشمیدس با استفاده از سپرهای پولیش شده نور خورشید را متمرکز کرده و توسط آن ناوگان متجاور دوم را از سرزمین خود بیرون راند. آگوست موچاوت (Auguste Mouchaut) نیز از یک متمرکز کنندة سهموی برای تولید بخار برای اولین موتور بخار خورشیدی در سال 1866 استفاده کرد. بعدها تجهیزات متمرکز کننده‌های اشعة خورشید برای آبیاری، سرمایش و حمل و نقل مورد استقاده قرار گرفت.
http://azenasanatparsian.com/images/stories/1267607225.gif سیستم‌های قدرت متمرکز کننده‌های خورشیدی با استفاده از لنزها و یا آینه‌ها اشعة خورشید را متمرکز می‌کنند. این اشعه‌های متمرکز شده بعداً به عنوان منبع حرارت برای نیروگاهها استفاده می‌شود. امروزه طیف وسیعی از تکنولوژی سیستم‌های قدرت با متمرکز کننده‌های خورشیدی موجود میباشد که مهم‌ترین آنها سیستم‌های متمرکزکنندة سهموی، سیستم‌های متمرکزکننده با استفاده از دیش و سیستم‌های برج قدرت می‌باشند. این سیستم‌ها با توجه به روش جذب و متمرکز کردن نور خورشید کلاس‌بندی می‌شوند. در تمامی سیستم‌های فوق‌الذکر سیال عامل توسط اشعة متمرکز شدة خورشید گرم شده و سپس در تولید و ذخیرة انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سیستم‌های قدرت سهموی از یک منعکس‌کنندة سهمی شکل خطی برای متمرکز کردن اشعة آفتاب استفاده می‌کند. که در این سیستم اشعه‌های منکعس شده توسط گیرنده که در نقطة کانونی سهموی واقع شده است جذب می‌شود. منعکس‌کننده به صورتی ساخته می شود که با استفاده از سنسورها در طول روز مسیر خورشید را دنبال کند. این سیستم‌ها بهترین فاکتور استفاد از زمین را در میان سایر سیستم‌ها دارا میباشد. نیروگاه SEGS در کالیفرنیا نمونه‌ای از این نوع سیستم‌های تولید توان میباشد.
سیستم‌های تولید توان با استفاده از دیش‌های متمرکز کننده از یک منکعس‌کننده مستقل سهمی‌گون تشکیل شده است که اشعة خورشید را به سمت گیرنده‌ای که در نقطة کانونی دیش قرار گرفته هدایت می‌کند. سیستم‌های قدرت با دیش‌های متمرکز کننده بیشترین راندمان را در میان سیستم‌های CSP دارا میباشد. نمونه‌ای از این سیستم دی بزرگ 50 کیلوواتی در کانبریا واقع در کشور استرالیا میباشد. دیش‌های استرلینگ خورشیدی ترکیبی از یک متمرکزکنندة دیش شکل و یک موتور حرارتی استرلینگ میباشد که اشعة متمرکز شده توسط دیش منبع حرارت موتور استرلینگ میباشد. موتور استرلینگ به کار گرفته شده در این سیستم به ژنراتور کوپل می‌شود. مزیت اصلی این سیستم‌ها نسبت به سلول‌های فوتوولتائیک بازدهی بالاتر و عمر طولانی آنها میباشد. موتور استرلینگ عمری حدود 25 سال دارد.
سیستم‌های برج قدرت از یک سری منعکس‌کننده که با چیدمان مشخصی روی زمین قرار گرفته‌اند اشعه‌های خورشید را به طرف گیرندة مرکزی که در بالای برج قرار دارد هدایت می‌کنند. سیستم‌های برج قدرت نسبت به سیستم‌های متمرکزکنندة سهیم از پیچیدگی کمتری برخوردار هستند ولی در عوض دارای بازدهی بیشتر و قابلیت ذخیره‌سازی انرژی طولانی‌تری می‌باشند. نیروگاه‌های Solan two در بارستو واقع در کالیفرنیا و Planta solar 10 در سن لوکار لامایور واقع در اسپانیا نمونه‌هایی از این نوع سیستم‌های تولید توان می‌باشند.
سیستم‌های تولید توان با متمرکزکنندة مرکزی (CRS)
(برج قدرت Power Tower)
- شرح عملکرد سیستم
سیستم‌های برج قدرت با متمرکز کردن نور خورشید در مبدل حرارتی نصب شده در بالای برج (گیرنده) تولید الکتریسیته می‌کنند. در این سیستم از صدها و گاهی هزاران آینه که هلیوستات نامیده می‌شوند برای متمرکز کردن نور خورشید استفاده می‌شود. این سیستم‌ها بهترین انتخاب برای کاربردهای همگانی از 30 مگاوات تا 400 مگاوات میباشد.
در چنین سیستم‌هایی با سیال عامل نمک مذاب، نمک مذاب در دمای c˚290 از منبع سرد به گیرنده پمپ می‌شود و در آنجا تا دمای c˚565 گرم می‌شود و سپس برای ذخیره سازی به منبع گرم منتقل می‌شود. در مواقع نیاز نمک از منبع گرم به سمت واحد تولید بخار پمپ می‌شود که در آنجا بخار سوپرهیت برای سیکل لانکین جهت استحصال برق تأمین می‌شود. نمک مذاب پس از تبادل حرارت در واحد تولید بخار دوباره به منبع سرد منتقل شده و این سیکل دوباره طی می‌شود. در شکل یک طرح شماتیک از این سیستم و مسیر حرکت بخار مذاب نشان داده شده است. تعیین سایز بهینة منبع ذخیره برای توزیع بهینة قدرت یک فاکتور تعیین کننده در طراحی سیستم‌های نوع CRS میباشد. منبع ذخیره می‌تواند طوری طراحی شود که قدرت موردنیاز برای به حرکت درآوردن توربین را برای مدت 13 ساعت فراهم سازد. سایز گیرنده و مساحت نصب هلیوستات با توجه به نیاز واحد تعیین می‌شود. در سیستم‌های متداول طراحی به گونه‌ای انجام می‌شود که نرخ ذخیرة انرژی خورشید از نرخ انرژی خورشیدی لازم برای به حرکت درآوردن توربین را برای مدت 13 ساعت فراهم سازد. سایز گیرنده و مساحت نصب هلیوستات با توجه به نیاز واحد تعیین می‌شود. در سیستم‌های متداول طراحی به گونه‌ای انجام می‌شود که نرخ ذخیرة انرژی خورشید از نرخ انرژی خورشیدی لازم برای به حرکت درآوردن توربین پیشین بگیرد. در این شرایط حتی سیستم در حالتی که با تمام ظرفیت خود در حال تولید برق میباشد می‌تواند به ذخیرة انرژی نیز بپردازد. نسبت توان حرارتی تولیدی توسط سیستم گیرنده به حداکثر نیاز توان حرارتی توربین – ژنراتور را ضریب خورشیدی (solan multiple) می‌گویند. نیروگاه خورشیدی دشت موجا و در کالیفرنیا با سیال عامل نمک مذاب با داشتن ضریب خورشیدی 7/2 ضریب ظرفیت سالانه‌ای در حدود 65% را دارا میباشد. با این وجود سیستم‌های CRS پتانسیل کارکرد در 65% از سال را بدون نیاز داشتن به سوخت‌های بک‌آپ را دارند. بدون ذخیرة انرژی، تکنولوژی‌های خورشیدی ضریب ظرفیت عملکرد سالانه ای بیش از 25% را ندارند.
قابلیت توزیع برق برای یک سیستم نوع CRS با سیال عامل نمک مذاب در شکل نشان داده شده است. این شکل قابلیت توزیع برق را در یک روز معمولی در ایالت کالیفرنیا نشان می‌دهد. شکل فوق میزان ذخیره انرژی، شدت نور خورشید و برق تولیدی از نیروگاه را بر حسب ساعات روز نشان می‌دهد. با توجه به شکل سیستم از لحظاتی بعد از طلوع خورشید شروع به ذخیره سازی انژری در منبع گرم می‌کند. در پاسخ به نیاز شبکه در ساعت 1 بعدازظهر توربین وارد مدار می‌شود و تا ساعت 11 شب تولید توان می‌کند. با وجود سیستم ذخیره انرژی در این نیروگاهها توان تولیدی با وجود نوسانات در شدت تابش خورشید در طول روز تا تخلیة کامل منبع ذخیرة انرژی ثابت می‌ماند. توان ذخیرة انرژی و توزیع مناسب قدرت از عوامل مهم موفقیت این سیستم‌ها میباشد و نمک مذاب عنصری کلیدی برای اقتصادی کردن ذخیره انرژی به شمار می‌رود.
نیروگاه‌هایی با سیستم CRS باید در مقیاس‌های بزرگ ساخته شوند تا توجه اقتصادی داشته باشند. سیستم‌های CRS را نمی‌توان در سایزهای کوچک مشابه دیش/ استرلینگ و سیستم‌های سهموی قابل رقابت با سایر سیستم‌ها دانست اما قابلیت ذخیرة انرژی در این سیستم‌ها مزیت عمدة آنها به شمار می‌رود. در ایالات متحدة آمریکا قسمت‌های جنوب غربی به جهت پتانسیل مناسب از نظر تابش انرژی خورشید و هزینة کم زمین برای ساخت چنین نیرگواه هایی ایده‌آل می‌باشند. مناطق مساعد مشابه دیگر برای ساخت نیروگاه با سیستم CRS در جهان شمال آفریقا، مکزیک، آمریکای جنوبی، خورمیانه و هند می‌باشند.
تاریخچه
با وجود عدم جا افتادگی سیستم‌های CRS نسبت به سیستم‌های سهموی شماری از آزمایشات جهت امکان‌پذیری و پتانسیل سنجی اقتصادی تکنولوژی این سیستم‌ها در 15 سال اخیر در حال انجام میباشد. از اوایل دهة 80 میلادی سیستم‌های CRS در روسیه، ایتالیا، اسپانیا، ژاپن، فرانسه و آمریکا مورد توجه قرار گرفت. در جدول نمونه‌ای از این سیستم‌ها با برخی از مشخصات کلیدی آنها آمده است. این واحدها به جهت اثبات توان تولید قدرت و ارتقاع تکنولوژی نیروگاه های خورشیدی CRS ساخته شده‌اند.
در سیستم‌های اولیه انرژی جمع شده در گیرنده مستقیماً برای تولید بخار برای توربین استفاده می‌شود. با وجود سادگی این سیستم‌ها، مشکلات عدم توانایی ذخیره‌سازی مناسب انرژی، استفاده از این سیستم‌ها امروزه تقریباً منسوخ شده است.
گیرنده‌ها
سیستم گیرنده در واقع مانند دری میباشد که انرژی جذب شده در ککتور را وارد سیکل تولید توان می‌کند. این سیستم در واقع قلب نیروگاه‌های CRS میباشد و پیچیده‌ترین عضو این نیروگاهها به شمار می‌رود. مهم ترین عامل تأثیرگذار در طراحی گیرنده‌ها قابلیت پذیرش مقدار زیادی اشعة خورشید که توسط هلیوستاتها تأمین شده میباشد. این طیف وسیع از اشعة خورشید باید سیال عامل داخل گیرنده را گرم نماید. فلاکس حرارتی حاصل از هلیوستاتها بین 100 تا 1000 میباشد که این مقدار زیاد از فلاکس حرارتی باعث به وجود آمدن درجه حرارت‌های زیاد و در نتیجه ایجاد گرادیان زیاد دما در گیرنده و به موجب آن تنش‌های حرارتی می‌شود. این مقدار (فلاکس حرارتی) بستگی به ضیب تمرکز دارد و در فصول مختلف و طول روز متفاوت میباشد. به همین علت باید توجه ویژه ای به شکل گیرنده، سیال منتقل‌کننده، حرارت و چیدمان تیوبها و جنس آنها جهت عبور سیال عامل داشت. یکی از سیالات متداول برای انتقال حرارت در گیرنده‌ها نمک مذاب میباشد. بارزترین خاصیت نمک مذاب ظرفیت حرارتی زیاد و ضریب هدایت حرارت پایین ان میباشد که خاصیت اول باعث ایجاد امکان مناسب ذخیرة انرژی شده در حالی که خاصیت دوم باعث ایجاد چالش در طراحی مبدل حرارتی در گیرنده می‌شود.
با توجه به تجارب کسب شده در پروژه نیروگاهی Solar Two و موارد مشابه قبل طراحان واحد نیروگاهی Solar Tres ک یک نمونه واقعی از یک نیروگاه در سطح اقتصادی میباشد، در نظر دارند تا مقدار فلاکس حرارتی که به گیرنده می‌رسد را نسبت به نیروگاه Solar Two افزایش می‌دهند که این امر باعث افزایش درجه حرارت سیال منتقل‌کنندة حرارت (نمک مذاب) می‌شود. این امر این امکان را به طراحان می‌دهد که از گیرنده‌ای کوچکتر استفاده کنند که در نتیجة این کار اتلافات حرارتی گیرنده کاهش یافته و راندمان حرارتی سیستم زیاد می‌شود.
در پروژة نیروگاهی Solar Tres به این ترتیب برنامه‌ریزی شده است که فلاکس حرارتی حداکثر را از مقدار 8/0 به 2/1 افزایش دهند. این افزایش در فلاکس حرارتی تغییراتی را در طراحی و مواد گیرنده ایجاب می‌کند.
یکی از اولین قدم‌ها در طراحی نیروگاه‌های نوع CRS انتخاب نوع و تکنولوی گیرنده میباشد. عمدتاً دو نوع گیرنده در این سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
1- به دلیل زیاد بودن محدودة زاویة اشعه‌های بازتابیده شده توسط هلیوستاتها در گیرنده‌های نوع بیرونی در گیرنده‌های نوع داخلی نصف زاویة گیرنده 80 درجه میباشد.
2- ساختار ساپورت گیرنده‌های نوع بیرونی برای نصب روی برج ساده تر و سبکتر میباشد.
3- تعمیرات گیرنده‌های نوع بیرونی ساده‌تر انجام می‌پذیرد.
4- گیرنده‌های نوع بیرونی دارای عملکرد ساده‌تری هستند.
از نظر ساختار گیرنده‌های نوع بیرونی از یک سری پانل با لوله‌های عمودی کوچک و به صورت استوانه‌ای ساخته می‌شود. لوله‌ها از بالا و پایین به هدرهایی وصل می‌شود که سیال عامل را از هدر پایین به لوله‌ها انتقال می‌دهد و پس از گرم شدن سیال عامل توسط هدر بالایی جمع می‌شود. گیرندة استفاده شده در تأسیسات نیروگاه Solan one از نوع بیرونی میباشد که در شکل نشان داده شده است. این گیرنده در ارتفاع 1/77 متری برج قرار گرفته و از 24 پانل به ارتفاع 7/13 متر که هر کدام لوله‌هایی به قطر 7/12-70 میلی‌متر را شامل می‌شود، تشکیل شده است. با این شرایط می‌توان قطر متوسط گیرنده را 7 متر (23 فوت) در نظر گرفت. لوله‌ها از جنس Incoloy 800 می‌باشند و با یک لایة رنگ سیاه با قابلیت جذب بالا پوشش داده شده است.
گیرنده‌های نوع بیرونی معمولاًَ دارای نسبت ارتفاع به قطر 1 الی 2 می‌باشند. معمولاً محیط بیرونی گیرنده در حالت مینیمم طراحی می‌شود تا حداقل اتلافات حرارتی را داشته باشد. این حد پایین توسط حداکثر دمای کارکرد سیال عامل و ظرفیت حرارتی سیال عامل تعیین می‌شود. برای مثال برای نیروگاهی با سیال عامل سدیم مذاب و با ظرفیت 380 مگاوات به گیرنده‌ای با ارتفاع 15 متر و قطر 13 متر نیاز است. اگر در نیروگاه قبلی سیال عامل به جای سدیم، آب می‌بود گیرنده‌ای با مساحت بیرونی بیشتری (در حدود 2 برابر) موردنیاز می‌شود که این به دلیل پایین بودن قابلیت‌های انتقال حرارت آب میباشد.
در گیرنده‌های نوع داخلی به دلیل زاویة قابل قبول که (بین 60 الی 120 درجه) یا باید به صورت چندتایی در کنار هم نصب شوند یا هلیوستاتها طوری نصب شود که اشعه‌های بازتابیده شده در زاویة قابل قبول به گیرنده برسد. در طراحی گیرنده‌های نوع داخلی باید روزنة ورود مینیمم سایز ممکن را داشته باشد تا از اتلافات جابه جایی و تشعشع تا حد ممکن جلوگیری شود. البته باید توجه داشت که کوچک کردن زیاد سایز روزنه روی شار اشعه‌های ورودی به گیرنده تأثیر می‌گذارد و آن را محدود می‌سازد. سایر روزنه معمولاً به اندازة تصویر خورشید در دورتین هیلوستات انتخاب می‌شود در این حالت تنها 1 الی 4 درصد از اشعه‌های بازتابیده شده تلف می‌شود. برای نیروگاهی به ظرفیت 380 مگاوات عرض نمونه برای بزرگترین جزء گیرنده (گیرندة روبه شمال) 16 متر میباشد و شدت تابش عبوری از روزنه چهار برابر از شدت تابش روی سطح جذب بیشتر است.
منبع:http://azenasanatparsian.com/articles/1390-11-04-19-46-29/46-------crs---power-tower.html