3. Паротурбінні сес

У 70-і роки XX століття Радянським Союзом в Криму і Сполученими Штатами в Каліфорнії побудовані паротурбінні СЕС, пристрій яких схематично показаний на рис. 2. Башта з приймачем розташовується на південному краї поля геліостатів, що обертаються услід за Сонцем. Дзеркала відбивають промені Сонця на теплоприймач, в якому утворюється високотемпературна пара (500-600°С), яка подається на парову турбіну, що обертає генератор. Звичайно СТЕС містять ще акумулятори сонячної енергії. Наприклад, сонячні ставки (Ізраїль). У Криму, в в. Щолкіно, в 1985 р. побудована СЕС-5 (зараз демонтована) з пароводяним акумулятором, працюючим паралельно з пароагрегатом. Геліостати відстежують рух Сонця по небозводу. Дзеркала кожного геліостата площею в декілька квадратних метрів направляють сонячні промені на стінки теплообмінника котлоагрегата, в якому виробляється пара з температурою до 510°С. По паропроводу 5 пар прямує в машинний зал, де електроенергія виробляється в традиційному паротурбінному циклі. Установка має накопичувач теплоти 4 - ємкість об'ємом в декілька тисяч м³, заповнену щебенем, який нагрівається «гострою» парою в години максимуму інтенсивності сонячного випромінювання і віддає теплоту після заходу Сонця.

Загальна кількість теплоти, сприйнятої парогенератором СЕУ, складає

, Вт (3.4)

де - коефіцієнт ефективності використання сонячного випромінювання (змінюється в межах 0,35...0,5)

- кількість геліостатів,

- площа дзеркал одного геліостата, м²,

- інтенсивність сонячного випромінювання, Вт/м².

Робота кілограма пари в паротурбінній установці в циклі Ренкина рівна

, кДж/кг

термічний ККД

, (3.5)

де - ентальпія гострої пари,

- ентальпія відпрацьованої в турбіні пари (визначаються по діаграмі водяної пари)

- ентальпія конденсату (визначається по таблицях термодинамічних властивостей води і водяної пари).

Рис. 2. Схема баштової СЕС:

Теоретична потужність паротурбінної СЕУ складе

,Вт (3.6)

де - відносний внутрішній ККД турбіни,

- ККД електрогенератора (в межах 0,92...0,96).

Реальна потужність СЕС менше теоретичної унаслідок витрат енергії на власні потреби (привід наосів і так далі).

Для паротурбінних СЕС характерні високі капітальні витрати, головним чином через високу вартість автоматизованих дзеркал - геліостатів. Вартість 1 кіловата встановленої потужності на баштовій СЕС «Солар - 1», як і Кримській СЕС, більш ніж в 10 разів перевищує характерну для традиційних установок. Економічніше виявилося інше технічне рішення, реалізоване в США в 1985 році. Замість дорогих скляних дзеркал - геліостатів тут використовується плівка з металевим напиленням, натягнута на обручі діаметром 1,5 метра. Створюючи під плівкою вакуум, надають їй параболічну форму. Ці увігнуті дзеркала фокусують сонячне випромінювання на труби, в яких нагрівається і випаровується живильна вода паротурбінної установки. Таким чином, цієї СЕС башта з баком-парогенератором не потрібна. Вартість одного кіловата встановленої потужності понижена в порівнянні з «Солар-1» в 4 рази, собівартість кіловата виробленої енергії наблизилася до характерної для вугільних станцій.

На СЕС «Альмерія» (Іспанія) як теплоносій першого контура парогенератора на вершині сонячної башти використовується рідкий натрій, в другому контурі - звичайна вода. У варіанті СЕС, розробленому в Германії, сонячні промені нагрівають до 800°С стисле повітря, яке приводить в дію газову турбіну. Теплота відпрацьованого в газотурбінній установці повітря потім використовується в паротурбінному циклі. У результаті підвищується ККД використання теплоти сонячних променів.

Ряд паротурбінних СЕС різної потужності побудований у Франції і в Італії. Розробляються проекти СЕС із замкнутими газотурбінними установками, в яких робочим тілом є гелій. Параметри гелієвого теплоносія перед турбіною: температура біля 600°С, тиск 0,8 МПа; проектний ККД установок - близько 25%.