Case Study
Güneş Enerjisi: Mohave Çölü, Kaliforniya
Ocak 4, 2021
Proje:
Ivanpah Solar Elektrik Üretim Sistemi
Mohave Çölü, Kaliforniya
2013 yılında, Kaliforniya’nın Mohave çölünde 377 megavatlık konsantre güneş enerjisi (CSP) kompleksi devreye girdi. Ivanpah Solar Elektrik Üretim Sistemi, 3.500 dönümlük bir alanı kaplayan üç alan heliostat ayna panelinden oluşur. Her bir heliostat, güneş ışığını 140.000 Kaliforniya evi için elektrik üreten buhar türbinleri için birincil güç kaynağı olarak yoğunlaştırılmış güneş ışığını kullanan üç alıcı kuleden birine odaklıyor.
Mücadeleler
CSP biraz ayna veya büyüteçle küçük bir ateş yakmaya çalışmak gibi çalışır. Aynayı güneşi tutacak şekilde tutmuyorsanız – ateş yok. Aynı şekilde, yoğun güneş ışığını sabit ve hassas bir şekilde yanıcı bir hedefe hizalayamazsanız – ateş olmaz.
Ivanpah mühendisleri, tesis üretimini optimize etmek için 173.000 heliostat’ı günün her saatinde alıcı kulelere maksimum güneş ışığını yansıtacak şekilde hizalamak zorunda kaldı. Bu başarıyı başarmak için üç büyük zorlukla karşılaştılar:
# 1: Güneşin konumu sürekli değişir. Her bir helyostatın 0.009 rpm kadar yavaş hızlarda her gün 270 dereceye kadar dönmesi gerekir. Helyostatlar güneş ışınlarına ne kadar doğru odaklanırsa, bitkinin verimi o kadar yüksek olur.
# 2: Çöl rüzgarları saatte 190 mile kadar sertleşebilir. Ivanpah’ın heliostatlarının boyutları 25 metrekare veya daha fazladır. Mohave’in genişliğinde, bu büyük, düz paneller bir rüzgar fırtınası sırasında yelken gibi hareket ederek konumlandırma dişlilerinde dengesizlik ve boşluk yaratabilir. Ek olarak, dişliler rüzgarın taşıdığı sabit kum ve molozlara dayanmalıdır.
# 3: 173.000 helyostatın bakımı maliyet açısından engelleyici olabilir. Bir kez başladığında, dişli boşluğu kendi kendine beslenir ve bir dişli setini hızla aşındırabilir. Enerji maliyetlerini düşük tutmak için, Ivanpah’ın heliostat dişlilerinin kararlılığını ve hassasiyetini bir seferde on yıllarca sürdürmesi gerekir.
Çözüm:
Cone Drive’dan çift zarflı solucan sürücüler
BrightSource, çeşitli üreticilerin dişli izleme tahrik sistemlerini değerlendirdikten sonra, on binlerce Ivanpah heliostatında Cone Drive’dan çift zarflı sonsuz dişli sürücüleri kurmaya karar verdi. Sürücüler, uydu konumlandırma ve cerrahi aletler için kullanılan türden yüksek hassasiyetli hareket kontrolü sağlar ve 35 yıllık bir ömre ulaşacak şekilde tasarlanmıştır.
Nasıl çalışır
Cone Drive’ın çift sarımlı sonsuz dişli sürücüsü, geleneksel bir sonsuz dişli tahrikinden daha fazla stabilite sunmak için dişli ile sonsuz dişli arasındaki temas alanını artırır. Sonsuz vidanın kum saati şekli, dişlinin etrafını da saran dişliyi sarar.
Cone Drive stratejik pazarlar direktörü Jacob Randall, “Bu üstün örgü teması, daha yüksek tork kapasitesi ve daha fazla şok yükü direnci anlamına geliyor” diyor. “Çift saran dişli setleri, sıfır boşluk bütünlüğünün korunmasına yardımcı olarak dişler ve dişler arasındaki boşluklardan kaynaklanan herhangi bir açıklığı veya hareket kaybını ortadan kaldırır.”
Faydalar
# 1: Kesinlik. Randall, “Çift zarflama ile elde edebileceğimiz hassasiyet Ivanpah için çok uygun oldu” diyor. Cone Drive dişli setleri, Ivanpah heliostatlarının alıcı kulelerde daha fazla güneş ışığını daha güvenilir bir şekilde yoğunlaştırmasını mümkün kılar. 173.000 heliostatınız olduğunda, doğruluktaki küçük iyileştirmeler bile tesis çıktısında büyük bir fark yaratabilir.
# 2: Kararlılık. Cone Drive’ın çift zarflı sonsuz dişli sürücüleri, Ivanpah heliostatlarının aşırı rüzgar koşullarında bile optimum seviyelerde çalışmasını sağlar. Randall, “Burulma açısından dişli son derece sert” diyor. “Rüzgar bir aynayı yakaladığında, o ayna hareket etmiyor.”
# 3: Sıfır bakım. Helyostatlar çok kararlı olduğu için, Cone Drive çözümü, aşınma ve pahalı onarım ihtiyacının yanı sıra dişli boşluklarını minimumda tutar. Dişliler, kuma, kire ve döküntülere direnmek ve bakım görevlerini ortadan kaldırmak için dahili olarak yağlanır ve ömür boyu sızdırmaz hale getirilir.
Sonuçlar
Ivanpah ekibi, geçtiğimiz yedi yıllık operasyonda, tesisin temiz enerji üretimini, güneş gökyüzünde olmadığında veya bulutlarla gizlendiğinde buhar türbinlerini çalışır durumda tutmak için kullandığı doğal gaz miktarına oranla başarıyla artırdı.
- Tesis, 2015 yılından bu yana yılda ortalama 700.000 megawatt saat güneş enerjisi üretiyor.
- Ivanpah, günün en yoğun saatlerinde 140.000’den fazla California evine hizmet vermektedir.
- Tesis, 30 yıllık ömrü boyunca 13 milyon ton karbondioksit emisyonunu önleme yolunda ilerliyor.
BrightSource Energy, Cone Drive’ın Ivanpah çözümündeki başarılarının bir sonucu olarak, Birleşik Arap Emirlikleri’ndeki 700 megawatt’lık bir fabrika ve İsrail’in Negev çölündeki bir diğeri dahil olmak üzere diğer CSP projeleri için Cone Drive teknolojisini kullanıyor.
Randall, “Güneş enerjisi teknolojisi gelişmeye devam ediyor” diyor. “Yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilginin artmasıyla birlikte küçük, kademeli iyileştirmeler muazzam kazanımlar sağlayabilir.”