Солнечная энергия: пустыня Мохаве, Калифорния

Проект:

Электрогенерирующая система на основе солнечной радиации Ivanpah
Пустыня Мохаве, Калифорния

В 2013 году в калифорнийской пустыне Мохаве был введен в эксплуатацию комплекс для концентрации солнечной энергии (CSP) мощностью 377 мегаватт. Электрогенерирующая система на основе солнечной радиации Ivanpah включает в себя три поля гелиостатических зеркальных панелей площадью 14 квадратных километров. Каждый гелиостат фокусирует солнечный свет на одну из трех приемных башен, которые используют его в качестве основного источника энергии для паровых турбин, вырабатывающих электроэнергию для 140 000 домов в Калифорнии.

Задачи

Принцип работы системы CSP сравним с разжиганием огня с помощью зеркала или увеличительного стекла. Если лучи солнца будут падать на зеркало под неправильным углом, разжечь огонь не получится. Огонь разжечь не получится также, если вы не сможете направить концентрированный солнечный свет точно на воспламеняемый предмет.

Для оптимизации производства инженеры Ivanpah должны позиционировать 173 000 гелиостатов таким образом, чтобы они в течение всего дня отражали максимальное количество солнечного света в сторону приемных башен. При выполнении этой задачи они столкнулись с тремя большими проблемами:

1. Положение солнца постоянно меняется. Каждый гелиостат каждый день должен поворачиваться на 270 градусов со скоростью 0,009 об/мин. Чем точнее гелиостаты смогут фокусировать солнечные лучи, тем выше будет мощность установки.

2. Скорость ветра в пустыне может достигать 300 километров в час. Гелиостаты Ivanpah имеют размер 25 квадратных метров и более. На просторах пустыни Мохаве эти большие плоские панели во время урагана работают как паруса, что нарушает их устойчивость и приводит к резким движениям механизмов позиционирования. Кроме того, шестерни должны выдерживать постоянное воздействие песка и пыли, переносимых ветром.

3. Обслуживание 173 000 гелиостатов может обойтись непозволительно дорого. Люфт в шестернях возникает сам по себе и может быстро изнашивать зубчатые передачи. Для снижения затрат на электроэнергию шестерни гелиостата Ivanpah должны сохранять стабильность и точность десятилетиями.

Решение:

Глобоидальные червячные приводы Cone Drive

Оценив системы следящих приводов от нескольких производителей, компания BrightSource решила оснастить десятки тысяч гелиостатов Ivanpah глобоидальными червячными приводами Cone Drive. Приводы обеспечивают высокоточное управление движением, которое используется для спутникового позиционирования и управления хирургическими инструментами, и рассчитаны на срок службы до 35 лет.

Как это работает

Глобоидальный червячный привод Cone Drive имеет увеличенную площадь контакта между шестерней и червяком, что по сравнению с традиционным червячным приводом обеспечивает большую стабильность. Червячный винт в форме песочных часов оборачивается вокруг шестерни, которая также оборачивается вокруг червяка.

«Этот превосходный контакт обеспечивает более высокий крутящий момент и большую устойчивость к ударным нагрузкам, — говорит Jacob Randall, директор по стратегическим рынкам компании Cone Drive. — Глобоидальные червячные передачи помогают избегать люфта, устраняя любой свободный ход или потерю хода, вызванные зазорами между зубьями и резьбой».

Глобоидальный червячный привод Cone Drive имеет увеличенную площадь контакта между шестерней и червяком, что по сравнению с традиционным червячным приводом обеспечивает большую стабильность.

Преимущества

1. Точность. «Точность глобоидального червячного привода идеально подошла Ivanpah», — говорит Randall. Зубчатые передачи Cone Drive позволяют гелиостатам Ivanpah надежно концентрировать больше солнечного света на приемных башнях. Когда у вас 173 000 гелиостатов, даже небольшое повышение точности имеет большое значение для производительности всей установки.

2. Стабильность. Глобоидальные червячные приводы Cone Drive обеспечивают оптимальную работу гелиостатов Ivanpah даже при экстремальных ветровых нагрузках. «Шестерня обладает чрезвычайно высокой жесткостью при кручении, — говорит Randall. — Когда ветер дует на зеркало, оно остается неподвижным».

3. Нулевая потребность в обслуживании. Благодаря решению Cone Drive гелиостаты очень стабильны, а также сведены к минимуму люфт шестерней, износ и необходимость дорогостоящего ремонта. Шестерни смазаны изнутри и герметизированы на весь срок службы, что предотвращает попадание песка, грязи и пыли и исключает необходимость технического обслуживания.

Результаты

За последние семь лет работы команда Ivanpah успешно увеличила производство чистой энергии по сравнению с количеством природного газа, используемого для поддержания работы паровых турбин ночью или когда солнце скрыто облаками.

• С 2015 года электростанция в среднем вырабатывает около 700 000 мегаватт-часов солнечной энергии в год.
• Ivanpah обслуживает более 140 000 домов в Калифорнии в часы пик.
• Работа завода позволит в течение 30 лет сократить выбросы углекислого газа на 13 миллионов тонн.

В результате успеха решений Cone Drive на установке Ivanpah компания BrightSource Energy использует технологии Cone Drive и для других проектов CSP, включая электростанцию мощностью 700 мегаватт в ОАЭ и электростанцию в израильской пустыне Негев.

«Технологии использования солнечной энергии продолжают совершенствоваться, — говорит Randall. — На фоне растущего интереса к возобновляемым источникам энергии даже небольшие, постепенные улучшения могут принести огромную выгоду».

Узнайте подробнее о глобоидальном червячном приводе Cone Drive и его роли в солнечной энергетике.

Last Updated: 2021/11/19

Published: 2021/02/13