Technika, 1984 (28. évfolyam, 1-12. szám)
1984-01-01 / 1. szám
(Folytatás az 1. oldalról.) gazdaságos lesz a víz, a hő- és az atomerőművekhez viszonyítva. A nap erőművek a Nap hősugárzási energiáját alakítják áz elektromos energiává tükrözi, kazanok, gőzturbinák, generátorok segítségével. Franciaországban a második világháború után nagy erővel indultak meg a napenergia hasznosításával kapcsolatos kísérletek. Abban az időben a világ még nem ismerte az olajválság fogalmát és a kutatások mozgató elemeit Franciaország űrkutatási ambícióiban, valamint piaci szempontokban kell keresni. Az afrikai országok részéről jelentős érdeklődés mutatkozott a francia technológia iránt, így érthető, hogy a franciák a napsütötte trópusi országokra tekintgettek. A francia napenergia-kutatás fontos színtere ~ma a Kelet-Pireneusokban van, ahol jelentős a napsütéses órák száma. Odeillóban már 1970-ben működött egy kísérleti naperőmű, amelynek 3800 ° C-ra hevülő tégelyében eleinte fémekkel végeztek olvasztási kísérleteket. Ez az erőmű ma már elektromos energiát is termel minimális mennyiségben a francia hálózatnak. ■> NAPERŐMŰVEK A Thémisrenszer Odeillo közelében van Targasson, és itt működik 1982 óta a Thémis naperőmű (1. ábra) 2 MW teljesítménnyel. A Thémis-tervvel 1971 óta három fontos szerv foglalkozott, a CNRS (Tudományos Kutatások Országos Központja), az EDF (Francia Villamosművek) és a CNESOL (Napenergia Kutatás Nemzeti Központja). A Thémis az első rendszer abban a francia programban, amelynek célja a több MW teljesítményű áramfejlesztő naperőművek létrehozása. A Thémis a magas hőmérsékletű — 400 ... 1000 ° C — termodinamikai rendszerek közé tartozik. A Pireneusok déli lejtőin 201 db, egyenként 54 m 2 felületű enyhén konkáv naptükör koncentrálja a napsugarakat a napkazánhoz (3. ábra). A heliosztátokat betonoszlopokra szerelték, azok vízszintes és függőleges tengely körül mozognak. Napsütéses időben a heliosztátok a napjárást követik. Pályájukat számítógép vezérli mikroprocesszoros egységek segítségével. A heliosztátok mozgatását elektromotorok végzik, ezeket is központi vezérléssel működtetik. A viszonylag nagy felületű naptükrök érzékenyek a széljárásra, ezért 50 km/h-nál nagyobb szélsebességnél kikapcsolják az egész üzemet. Ilyenkor a naptükrök vízszintes helyzetbe állnak. Az erőmű fontos egysége a napkazán, amely 80 m magas torony tetején van elhelyezve. A kazán besugárzott felülete 1x4 m, falában csőrendszer van, így a kazán hőcserélő felülete 110 m 2. Ezt a kazánt „bombázza” a napsugarakkal mind a 201 naptükör. A napkazánban az erőműből egy „hideg” csővezeték vezet felfelé, illetve egy „meleg” csővezeték lefelé. Ezekben kering a hőtovábbító közeg, a Themis esetében sóolvadék. A Hitec nevű sóolvadák összetétele: 53% kálium-nitrát (KNO 3), 40% kálium-nitrit (KNO2) és 3% nátrium-nitrát (NaNO3). A sóolvadéknak lenn az erőműben egy hideg és egy meleg tartálya van. A hideg sóolvadék 250 ° C hőmérsékleten lép be a kazánba és 450 ° C-on távozik onnan, miután a napsugarak hatására felmelegedett, majd a levezető csövön keresztül kerül a meleg tartályba. Innen a meleg sóolvadék az erőmű gőzfejlesztő részébe jut, ahol hőátadással vízgőzt termel. A gőz turbinát és generátort működtet, tehát ez a második lépcső már a hagyományos módon termeli az áramot. Az egész rendszerben 500 t sóolvadék kering. A hideg sóolvadék a 250 ° C-os hőmérsékletével csak viszonylag alacsony hőmérsékletű. A második lépcsőben klasszikus kétfokozatú gőzturbina üzemel 430 ° C-os és 4 MPa nyomású vízgőzzel. A visszahűtés légkondenzálással történik. Többféle üzemmód A Thémis erőműhöz egy kisegítő üzemrész tartozik, amely 11 db, egyenként 75 m2 felületű naptükörből áll. Ennek az üzemrésznek az a feladata, hogy a sóolvadékot akkor is 200 ° C feletti üzemi hőmérsékleten tartsa, amikor a nagyüzem nem dolgozik. Másrészt az itt termelt pluszenergia elegendő a Themishez tartozó irodák, raktárak fűtéséhez. A naperőmű egyébként háromféle üzemmódban működhet. A direkt módszernél kizárólag a napsütéses periódusban termeli az áramot, hőtárolás nélkül. Az ún. fordított üzemmódban a napsütéses periódusban az erőmű hőenergiát tárol, de áramot nem termel. A tárolt energiát éjjel dolgozza fel villamos árammá. A harmadik a vegyes üzemmód, ilyenkor az erőmű villamos áramot is termel és hőenergiát is tárol. Ez utóbbit akkor dolgozza fel árammá, amikor felhős az idő vagy éjszaka van. Targassone-ban a viszonylagos kedvező klímaviszonyok ellenére a talaj közelében a napenergia sugárzási szintje 0,8 kW/ml Érthető, hogy az erőmű megfelelő teljesítményének eléréséhez sok naptükröt kellett felállítani. A Thémis maximális teljesítménye 2 MW. A betervezett évi teljesítmény 3000 MWh. Ennyire számíthat a franciaországi hálózat. A naptükröket egyébként 7 hektár területen állították fel, összfelületük: 10 740 m2. Franciaországban tehát a hagyományos és az atomerőművek mellett polgárjogot kapott a naperőmű is. Sajnos egyelőre a Themis kissé drágán termeli az áramot, 1 kWh-t 7 FRF-ért állít elő. Ugyanezt egy klasszikus, 500 ... 1000 MW teljesítményű hőerőmű 0,15 ... 0,5 FRF-ért állítja elő. Természetesen azt várják, hogy a jövőben fokozatosan csökken a naperőművekben előállított energia ára. Francia mérnökök egyébként elkészítették a Thémis erőmű nagyobb teljesítményű változatának tervét is. A módosított erőműben közvetítő közegként nátrium-és kálium-nitrát, valamint nitritek keverékét alkalmazzák, amelynek olvadáspontja 146 ° C. Az első Thémis-hez képest csökkentették az erőmű tárolókapacitását és a rendszerbe túlhevítőt iktattak be. A későbbiekben egy újfajta közvetítő közeget E Olasz és spanyol berendezések is vizsgálni fognak, amelyet esetleg a toronyrendszerű naperőműveknél alkalmaznak. Ez a közeg nitritet nem tartalmaz, magas hőfokon stabilabb, viszont csak 225 ° C-on olvad. A szicíliai Adranóban is működik egy toronyrendszerű naperőmű 1 MW teljesítménnyel. Az Eurelios nevű erőművet a Közös Piac országai építették fel, de a berendezések jelentős részét a franciák szállították. A 182 naptükör teljes felülete 6200 m 2, s ezek gyűjtik össze a nap sugarait a torony tetején elhelyezett kazánra. Az erőmű akkor ad le 1 MW teljesítményt, amikor a napsugárzás 1 kW/m 2 értékű. Felhős idő esetén az erőmű még 3 percig működik a beépített hőtároló jóvoltából. A kazán átmérője 4,5 m, a kazánt 55 m magasságú torony tetején helyezték el. A fejlesztett gőz hőmérséklete 512 ° C. A gőznyomás 6,4 MPa, a gőzmennyiség 4,8 t/h, a gőz a turbinában 6 MPa nyomásról expandál 6 kPa nyomásra. Ennek az erőműnek a termikus ciklusa kissé eltér a Thémis-étől. Itt nyomott vizet melegít fel a napkazán és az erőmű közvetlen módon termeli meg azt a gőzmennyiséget, amely a turbinákat működteti. Ez az adranói naperőmű tehát sóolvadék nélkül továbbítja a hőt. Az erőmű alapozását az olasz Enei cég végezte, a kazánt és a gőzturbinát a szintén olasz Ansaldo cég gyártotta. A tükörrendszer felét a nyugatnémet Messerschmitt—Bölkow—Blohm, a másik felét a francia Cethel gyártotta. Francia cégek más alkatrészeket is előállítottak az erőmű szereléséhez. A 80-as évek elején a spanyolországi Almeria mellett két, egyenként 500 kW-os kis teljesítményű naperőmű épült fel a nemzetközi energiaügynökség, az IEA gondozásában, 9 ország részvételével. Az erőműveket már rákapcsolták a hálózatra, működhetnek együtt vagy egymástól függetlenül is. Az erőművek folyékony nátriumot használnak hőtovábbító közegnek. Az egyik naperőmű torony rendszerű, mint a Thémis, a másik osztott parabolatükrös megoldású. Ez utóbbinál a melegítendő közeget hordozó csővezetékek, a hengeres parabolatükrök fókuszpontjainak vonalában helyezkedek el. Egyébként mindkét naperőművel szemben azonos követelményeket támasztottak a tervezők. Ezen a vidéken a várható környezeti hőmérséklet egész évben —3,50 és +43 ° C értékek között mozog, a napsugárzás szintje pedig 300 ... 1100 W/m2 értékek közötti. Mindkét erőműnek sértetlenül kell kibírnia a 144 km/h szélsebességi maximumot. Amerikai és szovjet tervek A világ két legfejlettebb ipari hatalma rendkívül gazdag a különféle energiahordozókban, de ugyanakkor rendkívül sok energiát is igényelnek. Érdekes, hogy az USA a napenergia-kutatásokba mintha kissé megkésve kapcsolódott volna be. Ennek oka talán az, hogy az energetikai technológiákat manapság az Egyesült Államokban inkább a magánipar szállítja. A napenergiát hasznosító technológia fejlesztésében viszont a magánipar napjainkban még nem eléggé érdekelt. A kutatásokban és a gyártási eljárások során is hosszúak az átfutási idők. Ennek ellenére az USA-ban is számos naperőmű áll tervezés és építés alatt. Megkezdte üzemét a kaliforniai Barstowban egy 10 MW-os naperőmű. Ebben az erőműben a kazánt hordozó toronyot 1818 db, napenergiát koncentráló tükör rendszere veszi körül. A napsugázás tervezett értéke 917 W/m2. A barstowi naperőmű lényegében kísérleti, amelyet olyan egységekből építettek fel, hogy a későbbiekben továbbfejleszthető legyen akár 100 MW teljesítményig. Fő részei: a napkollektorok, a gőzkazán, a hőtárolók, a gőzturbina és generátor és a tükröket szabályozó rendszer. A napkazán abszorbeáló felületének átmérője 7 m. Ebbe van beépítve 6 vízmelegítő és 18 gőzfejlesztő panel. A kazántápvíz nyomása 1,38 MPa, a kazánból kilépő gőz nyomása 10,5 MPa, hőmérséklete pedig 515 ° C. Az erőmű hőtárolója kővel és olajjal van töltve és 4 órán át a teljes teljesítmény 70%-át képes szolgáltatni. A Szovjetunió egyes részein — elsősorban délen — évi 2000 ... 3000 órán át süt a nap. Az első naperőművet a Krímben állítják fel 200 MW teljesítménnyel. Ebben az erőműben 4 db, egyenként 50 MW teljesítményű torony kazánt alkalmaznak. A heliosztátok ezekre irányítják a napsugarakat. Az erőműben a körfolyamat közvetítő közege víz, a folyamat zárt ciklusú, gőzturbinákkal, kondenzátorokkal. Egy-egy torony heliosztátjait 1,5x1,5 km-es területen állítják fel, egy-egy tükörszerkezet felülete 5x5, illetve 7x7 m2. Az erőmű teljes tükörfelülete 600 ezer m2. Egy torony 250 m magas, a tetején van a henger alakú kazán elhelyezve. A tornyok egy-egy heliosztátmező geometriai közepén állnak. A keletkezett gőz közvetlenül kerül a turbinába vagy a hőtárolóba. Szovjet energetikusok számításai szerint az ezredfordulón a naperőművek gazdaságosak lesznek a Volga alsó folyása vidékén, a Krímben, Türkméniában, Üzbegisztánban, Dagesztánban. Szovjet szakértők véleménye szerint a jövőben célszerű volna 200 MW-nál nagyobb teljesítményű naperőművek építése és azoknak bekötése a villamos hálózatba. Japánban 377 484 km 2 területen 115 millió ember él. Az ország ipara és közlekedése rendkívül fejlett, energiából viszont behozatalra szorul. A japán „napsugárterv”, a nap- és a szélenergia felhasználásával kapcsolatos intenzív kutatási program 1974-ben kezdődött, és 1980-ig 38 milliárd yent fordított a kormány erre (Folytatás a 4. oldalon.) 2. ábra: Napenergiával működő nyomdagép 1878-ban 3. ábra: A Themis erőmű naptükre TECHNIKA 1984/1.