Компактный линейный отражатель Френеля ( CLFR ), также называемый концентрирующим линейным отражателем Френеля , представляет собой особый тип технологии линейного отражателя Френеля ( LFR ). Они названы в честь сходства с линзой Френеля , в которой множество маленьких и тонких фрагментов линзы объединены, чтобы имитировать гораздо более толстую простую линзу. Эти зеркала способны концентрировать солнечную энергию примерно в 30 раз сильнее ее обычной интенсивности . [1]
В линейных отражателях Френеля используются длинные тонкие сегменты зеркал для фокусировки солнечного света на фиксированный поглотитель, расположенный в общей фокусной точке отражателей. Эта концентрированная энергия передается через абсорбер в некую термическую жидкость (обычно это масло, способное сохранять жидкое состояние при очень высоких температурах). Затем жидкость проходит через теплообменник для питания парогенератора . В отличие от традиционных LFR, CLFR использует несколько поглотителей вблизи зеркал.
Первая солнечная энергосистема с линейным отражателем Френеля была разработана в Италии в 1961 году Джованни Франча из Университета Генуи . [2] Франсиа продемонстрировал, что такая система может создавать повышенные температуры, способные заставить жидкость работать. Технология была дополнительно исследована такими компаниями, как FMC Corporation, во время нефтяного кризиса 1973 года , но оставалась относительно нетронутой до начала 1990-х годов. [1] В 1993 году первый CLFR был разработан в Сиднейском университете в 1993 году и запатентован в 1995 году. В 1999 году конструкция CLFR была усовершенствована за счет внедрения усовершенствованного поглотителя. [2] В 2003 году концепция была расширена до 3D- геометрии. [3] Исследования, опубликованные в 2010 году, показали, что более высокие концентрации и/или более высокие углы восприятия могут быть получены с помощью неотображающей оптики [4] для изучения различных степеней свободы в системе, таких как изменение размера и кривизны гелиостатов , размещение их на изменяющуюся высоту (на кривой формы волны) и объединение полученного первичного изображения с вторичными, не отображающими изображения. [5]
Отражатели расположены в основании системы и собирают солнечные лучи в поглотитель. Ключевым компонентом, который делает все системы LFR более выгодными по сравнению с традиционными параболическими системами зеркал, является использование «отражателей Френеля». В этих отражателях используется эффект линзы Френеля , который позволяет создать концентрирующее зеркало с большой апертурой и коротким фокусным расстоянием , одновременно уменьшая объем материала, необходимого для отражателя. Это значительно снижает стоимость системы, поскольку параболические отражатели из прогнутого стекла обычно очень дороги. [2] Однако в последние годы тонкопленочные нанотехнологии значительно снизили стоимость параболических зеркал. [6]
Основная проблема, которую необходимо решить в любой технологии концентрации солнечной энергии, — это изменение угла падающих лучей (солнечные лучи, падающие на зеркала) по мере продвижения солнца в течение дня. Отражатели CLFR обычно ориентированы с севера на юг и вращаются вокруг одной оси с помощью системы солнечного слежения, управляемой компьютером . [7] Это позволяет системе поддерживать правильный угол падения солнечных лучей на зеркала, тем самым оптимизируя передачу энергии.
Поглотитель расположен на фокальной линии зеркал. Он проходит параллельно сегментам отражателя и над ними и переносит излучение в рабочую тепловую жидкость. Базовая конструкция абсорбера системы CLFR представляет собой перевернутую воздушную полость со стеклянной крышкой, в которой заключены изолированные паровые трубки, показанную на рис.2. Было продемонстрировано, что эта конструкция проста и экономична с хорошими оптическими и тепловыми характеристиками. [1]
Для оптимальной работы CLFR необходимо оптимизировать несколько конструктивных факторов поглотителя.
В отличие от традиционного LFR, CLFR использует несколько поглотителей вблизи своих зеркал. Эти дополнительные поглотители позволяют зеркалам изменять свой наклон, как показано на рис. 3. Такое расположение выгодно по нескольким причинам.
Areva Solar (Ausra) построила завод по производству линейных отражателей Френеля в Новом Южном Уэльсе, Австралия. Первоначально испытание мощностью 1 МВт в 2005 году было расширено до 5 МВт в 2006 году. Эта отражательная установка дополнила угольную электростанцию Лидделл мощностью 2000 МВт. [9] Энергия, вырабатываемая солнечной тепловой паровой системой, используется для обеспечения электроэнергией работы станции, компенсируя внутреннее энергопотребление станции. В 2009 году компания AREVA Solar построила солнечную теплоэлектростанцию Kimberlina мощностью 5 МВт в Бейкерсфилде, Калифорния . [10] Это первая коммерческая установка с линейным отражателем Френеля в Соединенных Штатах. Солнечные коллекторы были произведены на заводе Ausra в Лас-Вегасе. В апреле 2008 года AREVA открыла крупный завод в Лас-Вегасе, штат Невада, по производству линейных отражателей Френеля. [11] Планировалось, что завод сможет производить достаточно солнечных коллекторов, чтобы обеспечить 200 МВт электроэнергии в месяц. [10]
В марте 2009 года немецкая компания Novatec Biosol построила солнечную электростанцию Френеля, известную как PE 1. Солнечная тепловая электростанция использует стандартную линейную оптическую схему Френеля (не CLFR) и имеет электрическую мощность 1,4 МВт. PE 1 включает в себя солнечный котел с зеркальной поверхностью примерно 18 000 м 2 (1,8 га; 4,4 акра). [12] Пар генерируется путем концентрации солнечного света непосредственно на линейном приемнике, который находится на высоте 7,40 метра (24,28 фута) над землей. [12] Поглотительная трубка расположена в фокальной линии зеркального поля, где вода нагревается до температуры 270 °C (543 K; 518 °F) насыщенного пара. Этот пар, в свою очередь, питает генератор. [12] Коммерческий успех PE 1 побудил Novatec Solar спроектировать солнечную электростанцию мощностью 30 МВт, известную как PE 2. PE 2 находится в коммерческой эксплуатации с 2012 года. [13]
С 2013 года Novatec Solar разработала систему расплавленной соли в сотрудничестве с BASF . [14] В качестве теплоносителя в коллекторе используются расплавленные соли, которые напрямую передаются в накопитель тепловой энергии. Температура соли до 550 °C (823 K; 1022 °F) облегчает работу обычной паровой турбины для производства электроэнергии , повышения нефтеотдачи или опреснения . Для проверки технологии на PE 1 была построена демонстрационная установка по производству расплавленной соли. С 2015 года компания FRENELL GmbH, выкупленная менеджментом компании Novatec Solar, взяла на себя коммерческое развитие технологии прямого расплавления соли.
Solar Fire, индийская неправительственная организация , занимающаяся соответствующей технологией , разработала с открытым исходным кодом конструкцию небольшого концентратора Френеля с ручным управлением и пиковой мощностью 12 кВт, который генерирует температуру до 750 °C (1020 K; 1380 °F) и может использоваться для различных целей. тепловые применения, включая производство электроэнергии на пару. [15] [16]
Крупнейшей системой CSP, использующей технологию компактного линейного отражателя Френеля, является установка CSP Reliance Areva мощностью 125 МВт в Индии. [17]
В Китае с 2016 года строится проект Френеля коммерческого масштаба мощностью 50 МВт с использованием расплавленной соли в качестве теплоносителя. После подключения к сети в 2019 году он, похоже, успешно работает с 2021 года. [18]
