Energia solară: Deșertul Mohave, California

Produse

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 aprindere a unui mic foc cu o oglindă sau cu o lupă. Dacă nu țineți oglinda astfel încât să prindă soarele, focul nu se aprinde. La fel, dacă nu puteți 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 la fel de mici ca 0,009 rot./min. 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 timp de decenii.

Soluția:

Unități de acționare melcate cu anvelopă dublă de la Cone Drive

După evaluarea sistemelor de acționare cu urmărirea angrenajelor de către mai mulți producători, BrightSource a decis să instaleze unitățile de acționare melcate cu anvelopă dublă 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 prin satelit și al 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 anvelopă dublă de la Cone Drive mărește zona 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 a sarcinii intermitente” afirmă Jacob Randall, director al piețelor strategice în cadrul Cone Drive. „Seturile de angrenaje cu anvelopă dublă contribuie la menținerea integrității zero a jocului, eliminând orice joc sau mișcare pierdută cauzată de golurile dintre dinți și filet.”

Worm Gear Illustration

Unitatea de acționare melcată cu anvelopă dublă de la Cone Drive mărește zona 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 anvelopei duble a fost o potrivire excelentă pentru Ivanpah”, afirmă Randall. Seturile de angrenaje Cone Drive fac posibil ca heliostatele Ivanpah să concentreze mai multă lumină de la soare pe turnurile receptorului în mod mai fiabil. Când aveți 173.000 de heliostate, chiar și micile îmbunătățiri ale preciziei pot face o mare diferență în producția instalației.

Beneficiul nr. 2: Stabilitatea. Unitățile de acționare melcate cu anvelopă dublă de la Cone Drive ajută la menținerea funcționării optime a heliostatelor Ivanpah, chiar și în condiții de vânt extrem. „Din punct de vedere al torsiunii, angrenajul este extrem de rigide”, afirmă Randall. „Când vântul prinde o 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.

Rezultate

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 are 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 este pe cale să evite 13 milioane de tone de emisii de dioxid de carbon pe durata funcționării sale de peste 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 o centrală de 700 de megawați din Emiratele Arabe Unite și 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 anvelopă dublă de la Cone Drive și aportul acestuia în industria solară.