Sistem Pembangkit Uap Tenaga Surya

Parabolic trough collectors (PTC) sering digunakan untuk pembangkit uap tenaga surya karena suhu yang relatif tinggi dapat diperoleh tanpa degradasi efisiensi yang serius. Uap suhu rendah dapat digunakan dalam industri, dalam sterilisasi, dan untuk menyalakan evaporator desalinasi.

Sistem steam-flash ditunjukkan secara skematis pada Gambar 1. Dalam sistem ini, air bertekanan untuk mencegah pendidihan disirkulasikan melalui kolektor melintasi katup pelambatan ke dalam flash vessel. Input air umpan yang diolah mempertahankan level di flash vessel dan cairan yang didinginkan kembali disirkulasikan melalui kolektor. Konsep boiling in situ, yang ditunjukkan pada Gambar 2 menggunakan konfigurasi sistem yang serupa tanpa katup flash. Air dingin dipanaskan sampai mendidih dan uap terbentuk langsung di tabung penerima. Biaya modal yang terkait dengan sistem uap langsung dan steam-flash kira-kira sama.

Gambar 1. Diagram sistem uap menggunakan flash valve

Gambar 2. Diagram sistem uap tanpa flash valve

Sistem flash menggunakan fluida kerja panas yang membuat perbedaan suhu melintasi kolektor relatif tinggi. Peningkatan tekanan uap air yang cepat dengan suhu membutuhkan peningkatan yang sesuai dalam tekanan operasi sistem untuk mencegah pendidihan. Peningkatan suhu operasi mengurangi efisiensi termal dari kolektor surya. Peningkatan tekanan di dalam sistem membutuhkan lebih banyak desain komponen kolektor yang kuat, seperti penerima dan pemipaan. Perbedaan tekanan berlebih yang disampaikan tekanan uap diperlukan untuk mencegah mendidih dipasok oleh pompa sirkulasi dan bersifat ireversibel tersebar di katup flash.

Diagram sistem boiler tanpa api ditunjukkan pada Gambar 3. Dalam sistem ini, perpindahan panas fluida disirkulasikan melalui kolektor yang tidak membeku dan non-korosif dan di mana sistem tekanan rendah dan kontrolnya mudah. Faktor-faktor ini sebagian besar mengatasi sistem kelemahan air dan merupakan alasan utama untuk penggunaan minyak perpindahan panas yang dominan dalam sistem surya pembangkit uap industri saat ini.

Gambar 3. Sistem pembangkitan uap menggunakan boiler tanpa api

Kerugian utama dari sistem uap adalah karakteristik fluida kerjanya. Fluida ini sulit untuk ditampung, dan sebagian besar fluida kerja mudah terbakar. Dekomposisi saat fluida terkena ke udara bisa sangat mengurangi suhu titik pengapian dan kebocoran ke beberapa jenis isolasi dan dapat menyebabkan pembakaran pada suhu yang jauh lebih rendah dibandingkan suhu self-ignition terukur. Fluida kerja juga relatif mahal dan menghadirkan masalah polusi yang membuat mereka tidak cocok untuk aplikasi industri makanan.

Fluida kerja memiliki karakteristik perpindahan panas yang jauh lebih buruk daripada air. Mereka lebih kental pada suhu sekitar, kurang padat, dan memiliki kalor jenis rendah dan konduktivitas termal rendah daripada air. Selain itu, koefisien perpindahan panas lebih rendah, jadi ada perbedaan suhu lebih besar diantara tabung penerima dan kolektor fluida. Suhu yang lebih tinggi juga diperlukan menghemat biaya pembelian heat exchanger. Efek ini mengakibatkan efisiensi kolektor berkurang.

Desain Flash Vessel

Untuk memisahkan uap pada tekanan rendah, flash vessel digunakan. Alat tersebut adalah bejana vertikal, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4 , dengan saluran masuk tekanan tinggi, air suhu tinggi terletak di sekitar sepertiga jalan sampai ketinggiannya. Desain standar dari flash vessel mensyaratkan bahwa diameter bejana dipilih sehingga uap mengalir ke arah penghubung outlet atas tidak lebih dari sekitar 3 m/s. Hal ini sebaiknya memastikan bahwa setiap air tetesan bisa jatuh melalui uap dalam aliran berlawanan ke bagian bawah bejana. Ketinggian yang cukup di atas saluran masuk diperlukan untuk memastikan pemisahan. Pemisahan juga dipermudah dengan memiliki proyeksi saluran masuk ke bawah ke dalam vessel. Air koneksi didesain untuk meminimalkan penurunan tekanan dari bejana ke saluran masuk pompa untuk menghindari kavitasi.