Naphőerőművekben rejlő lehetőségek modellalapú vizsgálata
A naphőerőművek a közvetett villamosenergia-termelés eszközei, melyekben a napsugárzást első lépésben hővé alakítják, majd ebből termodinamikai körfolyamattal állítanak elő villamos energiát. A jó hatásfokú energiaátalakításhoz szükséges kellően magas hőmérsékletet a napsugárzás koncentrálásával érik el. Bár a naphőerőművek napjainkban még csak igen kis részarányt képviselnek a világ energiatermelésében, az elmúlt években beépített teljesítményük dinamikus növekedésnek indult, mely előrevetíti jelentőségük jövőbeli várható növekedését.
Az erőműveket általánosan a hőtermelés módja szerint csoportosítják, a két leggyakoribb típus pedig a parabolavályús és naptornyos naphőerőmű, munkám során ezek vizsgálatával foglalkoztam. A villamosenergia-termelés mindkét esetben Rankine-körfolyamat segítségével történik. Naphőerőművekben gazdaságos és általánosan elterjedt lehetőség egy nagyméretű hőtároló beépítése a körfolyamat elé, mellyel akár egész napos folyamatos energiatermelés is biztosítható, valamint jelentősen javul az erőmű szabályozhatósága, rendelkezésre állása és kihasználási tényezője.
Vizsgálataim eszközéül a naphőerőművek modellezését választottam, melyekkel kellő pontossággal leírható a különböző naperőművek működése. A modellalkotás első része a nap pályájának, majd a kollektorok és tükrök működésének és veszteségeinek pontos leírása, melyek együttesen lehetővé teszik a termelt hő mennyiségének meghatározását. A Rankine-körfolyamat modelljét általános termodinamikai összefüggések és gyakorlati tapasztalatok alapján késztettem el. A modellek alapján Matlab környezetben szimulációs programot készítettem, amely szerteágazó vizsgálatok elvégzését tette lehetővé.
A modellek alapján fontos jellemzők optimalizálását és az egyes részegységek megfelelő méretezését is elvégeztem, így további vizsgálataim egy jól megtervezett rendszerre vonatkozó eredményeket szolgáltattak. Az erőmű működését alapvetően befolyásoló sugárzás és külső hőmérséklet függvényében vizsgáltam annak hatásfokát és üzemi jellemzőit, amelyből jól láthatóak a rendszer számára ideális környezeti körülmények. Meteorológiai adatbázisok alapján az éves energiatermelés előrejelzését is elvégeztem, amely nélkülözhetetlen a gazdaságossági számításokhoz. Megvizsgáltam a kapcsolt hőtermelés lehetőségét is, valamint a termelt hő lehetséges hasznosítási módjait a nyári, jellemzően kis hőigényű időszakban.
A termelt energia mennyiségének időbeli eloszlását is vizsgáltam különböző tárolási stratégiák mellett, amelynek jelentősége van az erőmű villamosenergia-rendszerbe illesztése szempontjából. A számításokat a naphőerőművek számára ideális országokra és Magyarországra egyaránt elvégeztem, amelyből látható, hogy a hazai lehetőségek milyen mértékben térnek el a nemzetközitől. Összehasonlítást végeztem a legjelentősebb konkurens technológiával, a szintén napenergiából villamos energiát előállító napelemes rendszerekkel, és ahhoz viszonyítva is bemutattam a naphőerőművek előnyeit és hátrányait.
szerző
-
Mayer Martin János Dr.
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Bihari Péter
egyetemi docens, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék
