Σχεδιασμός ηλιοστατικού πεδίου ηλιοθερμικής εγκατάστασης με κεντρικό ηλιακό δέκτη και προσδιορισμός της προς ατμοπαραγωγή θερμικής απολαβής

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εις βάθος κατανόηση της λειτουργίας των συστημάτων κεντρικού ηλιακού δέκτη ή αλλιώς πύργων ηλιακής ισχύος. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στο πρώτο υποσύστημά τους, που έρχεται σε επαφή με τις ακτίνες του ήλιου, το ηλιοστατικό πεδίο. Συγκεκριμένα, προτείνεται ένας νέος αλγόριθμος σχεδιασμού ηλιοστατικών πεδίων, ο οποίος λαμβάνει υπόψιν την ιδιαίτερη τοπογραφία της εκάστοτε διαθέσιμης έκτασης, παρέχοντας τη δυνατότητα ανάπτυξης αποδοτικών πεδίων σε περιοχές με μη επίπεδο έδαφος. Στη συνέχεια, περιγράφονται αναλυτικά οι διάφορες απώλειες του πεδίου, καθώς και του κεντρικού δέκτη, και αναπτύσσονται οι αντίστοιχοι αλγόριθμοι υπολογισμού τους. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, πραγματοποιείται διερεύνηση των παραμέτρων σχεδιασμού ηλιοστατικού πεδίου στην περιοχή του Αθερινόλακκου στην Κρήτη, από την οποία εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα γενικότερης ισχύος. Προτείνεται επίσης, συγκεκριμένη διάταξη ηλιοστατών στο μελετούμενο πεδίο και με χρήση μετεορολογικών δεδομένων της περιοχής, προσδιορίζεται η θερμική απολαβή στον ηλιακό δέκτη κατά τη διάρκεια ενός έτους. Τέλος, πραγματοποιείται προκαταρκτική σχεδίαση του κεντρικού δέκτη για ατμοηλεκτρικό σταθμό εγκατεστημένης ισχύος 50 MWe με σύστημα αποθήκευσης, και προσδιορίζεται η τελική θερμική ισχύς που προσδίδεται στο εργαζόμενο μέσο του σταθμού (νερό-ατμός) ανά δεκάλεπτο, για όλο το έτος.

The scope of this diploma thesis is the analysis and simulation of the operation of central solar receiver systems, also referred to as solar tower power plants. Particular emphasis is given to their first subsystem that comes into contact with the rays of the sun, the heliostat field. Specifically, a new algorithm for the design of heliostat fields is proposed, which takes into account the particular topography of the available area, enabling the development of efficient fields in areas with uneven terrain. Additionally, the various losses of the heliostat field and the central receiver are described in detail, and algorithms for their calculation are developed. In the present work, an investigation of the design parameters of a heliostat field in the area ofAtherinolakkos (Crete) is carried out, varying several characteristics of the plant, in order to understand its behavior. A heliostat layout in the studied field is suggested and the heat gain on the receiver is determined throughout a year. Finally, a preliminary design of the central receiver is performed for a direct steam generation 50MWe power plant with storage, and the thermal input on the working fluid (water-steam) is calculated for a whole year in 10 minute timesteps.