Energia solară: Deșertul Mohave, California

Proiectul:

Sistemul de generare a energiei electrice cu concentrarea energiei solare Ivanpah
Deșertul Mohave, California

În 2013, un sistem de producție a energiei electrice cu concentrarea energiei solare (CSP) de 377 megawați a fost pus în funcțiune în deșertul Mohave din California. Sistemul de generare a energiei electrice cu concentrarea energiei solare Ivanpah cuprinde trei câmpuri de panouri oglindă cu heliostat care acoperă 3.500 de acri. Fiecare heliostat concentrează lumina soarelui pe unul dintre cele trei turnuri de recepție care utilizează lumina concentrată a soarelui ca sursă primară de energie pentru turbinele cu abur ce generează electricitate pentru 140.000 de locuințe din California.

Provocările

Principiul de funcționare a sistemului CSP se aseamănă puțin cu încercarea de a aprinde un mic foc cu o oglindă sau cu o lupă. Dacă nu ții oglinda astfel încât să capteze soarele, focul nu se aprinde. La fel, dacă nu poți orienta lumina solară concentrată în mod constant și precis spre o țintă combustibilă, focul nu se aprinde.

Pentru a optimiza producția centralei, inginerii Ivanpah au fost nevoiți să alinieze 173.000 de heliostate astfel încât să reflecte lumina maximă a soarelui către turnurile de recepție, în orice moment al zilei. Pentru a realiza acest lucru, s-au confruntat cu trei mari provocări:

Provocarea nr. 1: Poziția soarelui se schimbă constant. Fiecare heliostat trebuie să se rotească până la 270 de grade în fiecare zi la viteze mici care ating chiar și 0,009 rpm. Cu cât heliostatele pot focaliza mai exact razele soarelui, cu atât este mai mare producția centralei.

Provocarea nr. 2: Vânturile deșertului pot bate în rafale de până la 190 mile pe oră. Heliostatele sistemului Ivanpah măsoară 25 de metri pătrați sau mai mult. În vastele întinderi ale deșertului Mohave, aceste panouri mari și plate pot acționa ca pânzele navelor în timpul unei furtuni de vânt, creând instabilitate și jocuri la nivelul angrenajelor de poziționare. În plus, angrenajele trebuie să reziste în mod constant la nisipul și reziduurile purtate de vânt.

# 3: Întreținerea a 173.000 de heliostate se poate dovedi prohibitivă din punct de vedere al costurilor. Odată ce începe, jocul angrenajelor ia amploare singur și poate uza rapid un set de angrenaje. Pentru a menține scăzute costurile energiei, angrenajele heliostatelor sistemului Ivanpah trebuie să își mențină stabilitatea și precizia decenii întregi.

Soluția:

Unitățile de acționare melcate cu dublă înfășurare de la Cone Drive

După ce a evaluat sistemele de acționare cu angrenaje de urmărire de la mai mulți producători, BrightSource a decis să instaleze unitățile de acționare melcate cu dublă înfășurare de la Cone Drive la nivelul zecilor de mii de heliostate ale sistemului Ivanpah. Unitățile oferă un control al mișcării de înaltă precizie similar celui utilizat pentru poziționarea sateliților și a instrumentelor chirurgicale și sunt proiectate pentru a atinge o durată de viață de până la 35 de ani.

Cum funcționează

Unitatea de acționare melcată cu dublă înfășurare de la Cone Drive mărește suprafața de contact dintre angrenaj și melc pentru a oferi mai multă stabilitate decât o unitate melcată tradițională. Forma de clepsidră a șurubului tip melc se înfășoară în jurul angrenajului care se înfășoară la rândul său în jurul melcului.

„Acest contact superior tip plasă se traduce printr-o capacitate de cuplu mai mare și printr-o rezistență mai mare la sarcinile la șoc” afirmă Jacob Randall, director al piețelor strategice în cadrul Cone Drive. „Seturile de angrenaje cu dublă înfășurare contribuie la menținerea integrității cu joc nul, eliminând orice joc sau mișcare pierdută cauzată de golurile dintre dinți și filet.”

Unitatea de acționare melcată cu dublă înfășurare de la Cone Drive mărește suprafața de contact dintre angrenaj și melc pentru a oferi mai multă stabilitate decât o unitate melcată tradițională.

Beneficiile

Beneficiul nr. 1: Precizia. „Precizia pe care o putem obține datorită duble înfășurări s-a potrivit excelent pentru Ivanpah”, afirmă Randall. Seturile de angrenaje Cone Drive fac ca heliostatele Ivanpah să poată concentra mai multă lumină solară pe turnurile de recepție în mod mai fiabil. Când ai 173.000 de heliostate, chiar și micile îmbunătățiri aduse preciziei pot face o mare diferență în producția instalației.

Beneficiul nr. 2: Stabilitatea. Unitățile de acționare melcate cu dublă înfășurare de la Cone Drive contribuie la menținerea funcționării optime a heliostatelor Ivanpah, chiar și în condiții de vânt extrem. „Din punct de vedere al torsiunii, angrenajul este extrem de rigid”, afirmă Randall. „Când vântul apucă oglindă, aceasta nu se mișcă”.

Beneficiul nr. 3: Zero întreținere. Deoarece heliostatele sunt atât de stabile, soluția Cone Drive menține jocul angrenajelor la un nivel minim, precum și nivelul de uzură și nevoia de reparații costisitoare. Angrenajele sunt lubrifiate intern și etanșate definitiv, pentru a rezista la nisip, murdărie și reziduuri și pentru a elimina sarcinile de întreținere.

Rezultatele

În ultimii șapte ani de funcționare, echipa Ivanpah a mărit cu succes producția de energie curată a centralei, în raport cu cantitatea de gaz natural pe care o folosește pentru a menține turbinele cu aburi în funcțiune atunci când soarele nu este pe cer sau este ascuns de nori.

• Începând din 2015, centrala a produs în medie aproape 700.000 de megawați-oră de energie solară pe an.
• Ivanpah servește peste 140.000 de locuințe din California în timpul orelor de vârf ale zilei.
• Centrala urmează să evite 13 milioane de tone de emisii de dioxid de carbon pe durata funcționării sale de 30 de ani.

Ca urmare a succesului înregistrat cu soluția de la Cone Drive pentru Ivanpah, BrightSource Energy folosește tehnologia Cone Drive pentru alte proiecte CSP, inclusiv pentru o centrală de 700 de megawați din Emiratele Arabe Unite și pentru alta din deșertul Negev din Israel.

„Tehnologia energiei solare continuă să se îmbunătățească”, afirmă Randall. „Îmbunătățirile mici și treptate pot aduce câștiguri extraordinare pe fondul interesului în creștere pentru sursele de energie regenerabile.”

Citiți mai multe despre angrenajul melcat cu dublă înfășurare de la Cone Drive și despre contribuția acestuia la industria solară.

Last Updated: 2021/11/19

Published: 2021/02/13