कॉम्पैक्ट रैखिक फ्रेस्नेल परावर्तक

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एक कॉम्पैक्ट लीनियर फ्रेस्नेल रिफ्लेक्टर (CLFR) - जिसे कंसंट्रेटिंग लीनियर फ्रेस्नेल रिफ्लेक्टर के रूप में भी जाना जाता है - विशिष्ट प्रकार की लीनियर फ्रेस्नेल रिफ्लेक्टर (LFR) विधि है। उनका नाम फ्रेसनेल लेंस से उनकी समानता के लिए रखा गया है, जिसमें कई छोटे, पतले लेंस के टुकड़े बहुत मोटे सरल लेंस का अनुकरण करने के लिए संयुक्त होते हैं। ये दर्पण सूर्य की ऊर्जा को उसकी सामान्य तीव्रता (भौतिकी) से लगभग 30 गुणा अधिक केंद्रित करने में सक्षम हैं।[1] रेखीय फ्रेस्नेल रिफ्लेक्टर दर्पणों के सामान्य फोकल बिंदु पर स्थित निश्चित अवशोषक पर सूर्य के प्रकाश को केंद्रित करने के लिए दर्पणों के लंबे, पतले खंडों का उपयोग करते हैं। इस केंद्रित ऊर्जा को अवशोषक के माध्यम से कुछ तापीय तरल पदार्थ में स्थानांतरित किया जाता है (यह सामान्यतः बहुत उच्च तापमान पर तरल अवस्था को बनाए रखने में सक्षम तेल होता है)। द्रव फिर बॉयलर (भाप जनरेटर) को शक्ति देने के लिए उष्मा का आदान प्रदान करने वाला के माध्यम से जाता है। पारंपरिक एलएफआर के विपरीत, सीएलएफआर दर्पण के आसपास के क्षेत्र में कई अवशोषक का उपयोग करता है।

उनकी समानता के लिए रखा गया है, जिसमें कई छोटे, पतले लेंस के टुकड़े बहुत मोटे सरल लेंस का अनुकरण करने के लिए संयुक्त होते हैं। ये दर्पण सूर्य की ऊर्जा को उसकी सामान्य तीव्रता (भौतिकी) से लगभग 30 गुणा अधिक केंद्रित करने में सक्षम हैं।[1] रेखीय फ्रेस्नेल रिफ्लेक्टर दर्पणों के सामान्य फोकल बिंदु पर स्थित निश्चित अवशोषक पर सूर्य के प्रकाश को केंद्रित करने के लिए दर्पणों के लंबे, पतले खंडों का उपयोग करते हैं। इस केंद्रित ऊर्जा को अवशोषक के माध्यम से कुछ तापीय तरल पदार्थ में स्थानांतरित किया जाता है (यह सामान्यतः बहुत उच्च तापमान पर तरल अवस्था को बनाए रखने में सक्षम तेल होता है)। द्रव फिर बॉयलर (भाप जनरेटर) को शक्ति देने के लिए

इतिहास

जेनोआ विश्वविद्यालय के जियोवानी फ्रांसिया द्वारा 1961 में इटली में पहली रैखिक फ्रेस्नेल परावर्तक सौर ऊर्जा प्रणाली विकसित की गई थी।[2] फ्रांसिया ने प्रदर्शित किया कि इस तरह की प्रणाली तरल पदार्थ को काम करने में सक्षम ऊंचा तापमान बना सकती है। 1973 के तेल संकट के समय FMC Corporation जैसी कंपनियों द्वारा प्रौद्योगिकी की और जांच की गई, किन्तु 1990 के दशक के प्रारंभ तक अपेक्षाकृत अछूती रही।[1]1993 में, पहला CLFR 1993 में सिडनी विश्वविद्यालय में विकसित किया गया था और 1995 में पेटेंट कराया गया था। 1999 में, उन्नत अवशोषक के प्रारंभ से CLFR डिज़ाइन को बढ़ाया गया था।[2]2003 में अवधारणा को त्रि-आयामी अंतरिक्ष ज्यामिति तक बढ़ाया गया था।[3] 2010 में प्रकाशित शोध से पता चला है कि गैर इमेजिंग प्रकाशिकी का उपयोग करके उच्च सांद्रता और / या उच्च स्वीकृति कोण (सौर संकेंद्रक) प्राप्त किया जा सकता है[4] प्रणाली में स्वतंत्रता की विभिन्न डिग्री का पता लगाने के लिए जैसे हेलीओस्टैट्स के आकार और वक्रता को अलग करना, उन्हें अलग-अलग ऊंचाई पर (लहर-आकार वक्र पर) रखना और परिणामी प्राथमिक को गैर-इमेजिंग सेकेंडरी के साथ जोड़ना।[5]

डिजाइन

परावर्तक

परावर्तक प्रणाली के आधार पर स्थित होते हैं और सूर्य की किरणों को अवशोषक में परिवर्तित करते हैं। प्रमुख घटक जो सभी LFR को पारंपरिक परवलयिक गर्त दर्पण प्रणालियों की तुलना में अधिक लाभप्रद बनाता है, वह फ्रेस्नेल रिफ्लेक्टर का उपयोग है। ये रिफ्लेक्टर फ़्रेज़नेल लेंस प्रभाव का उपयोग करते हैं, जो रिफ्लेक्टर के लिए आवश्यक सामग्री की मात्रा को कम करने के साथ-साथ बड़े छेद और छोटी फोकल लम्बाई के साथ केंद्रित दर्पण की अनुमति देता है। यह प्रणाली की लागत को बहुत कम कर देता है क्योंकि सैग्ड-ग्लास परवलयिक परावर्तक सामान्यतः बहुत महंगे होते हैं।[2]चूंकि, हाल के वर्षों में थिन-फिल्म नैनोटेक्नोलॉजी ने परवलयिक दर्पणों की लागत को अधिक कम कर दिया है।[6] एक बड़ी चुनौती जिसे किसी भी सौर केंद्रित विधि में संबोधित किया जाना चाहिए, वह घटना किरणों के बदलते कोण (धूप की किरणें दर्पणों से टकराती हैं) हैं, क्योंकि दिन भर सूरज आगे बढ़ता है। सीएलएफआर के परावर्तक सामान्यतः उत्तर-दक्षिण अभिविन्यास में संरेखित होते हैं और कंप्यूटर नियंत्रित सौर ट्रैकर प्रणाली का उपयोग करके एकल अक्ष के बारे में घूमते हैं।[7] यह प्रणाली को सूर्य की किरणों और दर्पणों के बीच घटना के उचित कोण (प्रकाशिकी) को बनाए रखने की अनुमति देता है, जिससे ऊर्जा हस्तांतरण का अनुकूलन होता है।

अवशोषक

अवशोषक दर्पणों के फोकस (प्रकाशिकी) पर स्थित होता है। यह परावर्तक खंडों के समानांतर और ऊपर चलता है जिससे विकिरण को कुछ कार्यशील तापीय द्रव में पहुँचाया जा सके। सीएलएफआर प्रणाली के लिए अवशोषक का मूल डिजाइन उलटा वायु गुहा है जिसमें ग्लास कवर होता है जिसमें इन्सुलेटेड भाप ट्यूबों को सम्मिलित किया जाता है, जो चित्र 2 में दिखाया गया है। अच्छे ऑप्टिकल और थर्मल प्रदर्शन के साथ इस डिजाइन को सरल और लागत प्रभावी होने के लिए प्रदर्शित किया गया है।[1]

Compact linear Fresnel reflector absorber transfers solar energy into working thermal fluid
चित्र 2: तापीय द्रव को गर्म करने के लिए आपतित सौर किरणें विद्युतरोधित भाप की नलियों पर केंद्रित होती हैं
CLFR solar systems use alternating inclination of mirrors to improve efficiency and reduce system cost
चित्र 3: सीएलएफआर सौर प्रणाली अपने दर्पणों के झुकाव को वैकल्पिक अवशोषक पर सौर ऊर्जा पर ध्यान केंद्रित करने, प्रणाली दक्षता में सुधार करने और समग्र लागत को कम करने के लिए वैकल्पिक करती है।

सीएलएफआर के इष्टतम प्रदर्शन के लिए, अवशोषक के कई डिज़ाइन कारकों को अनुकूलित किया जाना चाहिए।

  • सबसे पहले, अवशोषक और थर्मल तरल पदार्थ के बीच गर्मी हस्तांतरण को अधिकतम किया जाना चाहिए।[1]यह चयनात्मक होने वाली भाप ट्यूबों की सतह पर निर्भर करता है। श्रेष्ठ सतह उत्सर्जित ऊर्जा के लिए अवशोषित ऊर्जा के अनुपात को अनुकूलित करती है। स्वीकार्य सतहें सामान्यतः 96% घटना विकिरण को अवशोषित करती हैं जबकि इन्फ्रा-रेड विकिरण के माध्यम से केवल 7% उत्सर्जित करती हैं।[8] इलेक्ट्रो-रासायनिक रूप से जमा हुआ काला क्रोम सामान्यतः इसके पर्याप्त प्रदर्शन और उच्च तापमान का सामना करने की क्षमता के लिए उपयोग किया जाता है।[1]* दूसरा, अवशोषक को डिज़ाइन किया जाना चाहिए जिससे श्रेष्ठ सतह पर तापमान वितरण समान हो। गैर-समान तापमान वितरण से सतह का त्वरित क्षरण होता है। सामान्यतः, समान तापमान 300 °C (573 K; 572 °F) वांछित है।[1]प्लेट के ऊपर इन्सुलेशन की मोटाई, अवशोषक के छिद्र का आकार और वायु गुहा की आकृति और गहराई जैसे अवशोषक मापदंडों को बदलकर समान वितरण प्राप्त किया जाता है।

पारंपरिक एलएफआर के विपरीत, सीएलएफआर अपने दर्पणों के आसपास के क्षेत्र में कई अवशोषक का उपयोग करता है। ये अतिरिक्त अवशोषक दर्पणों को उनके झुकाव को वैकल्पिक करने की अनुमति देते हैं, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है। यह व्यवस्था कई कारणों से लाभप्रद है।

  • सबसे पहले, बारी-बारी से झुकाव रिफ्लेक्टरों के प्रभाव को कम करता है जो निकटवर्ती रिफ्लेक्टरों की सूर्य के प्रकाश तक पहुंच को अवरुद्ध करता है, जिससे प्रणाली की दक्षता में सुधार होता है।
  • दूसरा, कई अवशोषक स्थापना के लिए आवश्यक जमीनी स्थान की मात्रा को कम करते हैं। यह बदले में भूमि की खरीद और तैयार करने की लागत को कम करता है।[1]* अंत में, पास में पैनल होने से अवशोषक लाइनों की लंबाई कम हो जाती है, जिससे अवशोषक लाइनों के माध्यम से थर्मल हानि और प्रणाली के लिए समग्र लागत दोनों कम हो जाती है।

अनुप्रयोग

अरेवा सोलर (ऑसरा) ने न्यू साउथ वेल्स, ऑस्ट्रेलिया में लीनियर फ्रेस्नेल रिफ्लेक्टर प्लांट बनाया। प्रारंभ में 2005 में 1 मेगावाट का परीक्षण, 2006 में इसे 5MW तक विस्तारित किया गया था। इस रिफ्लेक्टर प्लांट ने 2,000 MW कोयले से चलने वाले लिडेल पावर स्टेशन को पूरक बनाया।[9] सौर तापीय भाप प्रणाली द्वारा उत्पन्न शक्ति का उपयोग संयंत्र के संचालन के लिए बिजली प्रदान करने के लिए किया जाता है, जो संयंत्र के आंतरिक बिजली उपयोग को ऑफसेट करता है। AREVA Solar ने 2009 में कैलिफ़ोर्निया के बेकर्सफ़ील्ड में 5 मेगावाट किम्बरलीना सौर तापीय ऊर्जा संयंत्र का निर्माण किया।[10]यह संयुक्त राज्य अमेरिका में पहला वाणिज्यिक रैखिक फ्रेस्नेल परावर्तक संयंत्र है। लास वेगास में औसरा कारखाने में सौर संग्राहकों का उत्पादन किया गया था। अप्रैल 2008 में, एआरईवीए ने लास वेगास, नेवादा में रैखिक फ्रेस्नेल रिफ्लेक्टर बनाने के लिए बड़ा कारखाना खोला।[11] कारखाने को प्रति माह 200 मेगावाट बिजली प्रदान करने के लिए पर्याप्त सौर संग्राहकों का उत्पादन करने में सक्षम होने की योजना बनाई गई थी।[10] मार्च 2009 में, जर्मन कंपनी Novatec Solar Biosol ने PE 1 के नाम से जाना जाने वाला फ्रेस्नेल सौर ऊर्जा संयंत्र का निर्माण किया। सौर तापीय बिजली संयंत्र मानक रैखिक फ्रेस्नेल ऑप्टिकल डिज़ाइन (CLFR नहीं) का उपयोग करता है और इसकी विद्युत क्षमता 1.4 MW है। PE 1 में सौर बॉयलर होता है जिसकी दर्पण सतह लगभग होती है 18,000 m2 (1.8 ha; 4.4 acres).[12] भाप रैखिक रिसीवर पर सीधे सूर्य के प्रकाश को केंद्रित करके उत्पन्न होती है, जो कि है 7.40 metres (24.28 ft) जमीन के ऊपर।[12]एक अवशोषक ट्यूब दर्पण क्षेत्र की फोकल लाइन में स्थित होती है जहां पानी गर्म होता है 270 °C (543 K; 518 °F) संतृप्त भाप। यह भाप बदले में जनरेटर को शक्ति प्रदान करती है।[12]PE 1 की व्यावसायिक सफलता ने Novatec Solar को PE 2 के नाम से ज्ञात 30 मेगावाट सौर ऊर्जा संयंत्र डिज़ाइन करने के लिए प्रेरित किया। PE 2 2012 से वाणिज्यिक संचालन में है।[13] 2013 से नोवाटेक सोलर ने बीएएसएफ के सहयोग से पिघला हुआ नमक प्रणाली विकसित किया।[14] यह कलेक्टर में गर्मी हस्तांतरण तरल पदार्थ के रूप में पिघला हुआ नमक का उपयोग करता है जिसे सीधे तापीय ऊर्जा भंडारण में स्थानांतरित किया जाता है। तक नमक का तापमान 550 °C (823 K; 1,022 °F) बिजली उत्पादन, बढ़ी हुई तेल वसूली या विलवणीकरण के लिए पारंपरिक भाप टरबाइन चलाने की सुविधा प्रदान करता है। विधि को सिद्ध करने के लिए पीई 1 पर पिघला हुआ नमक प्रदर्शन संयंत्र तैयार किया गया। 2015 से FRENELL GmbH, Novatec Solar के प्रबंधन खरीद-आउट ने प्रत्यक्ष पिघले हुए नमक प्रौद्योगिकी के वाणिज्यिक विकास को अपने हाथ में ले लिया।

सोलर फायर, भारत में उपयुक्त प्रौद्योगिकी एनजीओ, ने छोटे, मैन्युअल रूप से संचालित, 12 kW पीक फ्रेस्नेल कंसन्ट्रेटर के लिए खुला स्त्रोत डिज़ाइन विकसित किया है जो तापमान तक उत्पन्न करता है 750 °C (1,020 K; 1,380 °F) और भाप से चलने वाली बिजली उत्पादन सहित विभिन्न थर्मल अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जा सकता है।[15][16] कॉम्पैक्ट लीनियर फ्रेस्नेल रिफ्लेक्टर विधि का उपयोग करने वाला सबसे बड़ा सीएसपी प्रणाली भारत में 125 मेगावाट का रिलायंस अरेवा सीएसपी प्लांट है।[17] चीन में, पिघले हुए नमक का उपयोग गर्मी हस्तांतरण माध्यम के रूप में 50 मेगावाट वाणिज्यिक पैमाने की फ्रेस्नेल परियोजना 2016 से निर्माणाधीन है। 2019 में ग्रिड कनेक्शन के बाद अब यह 2021 तक सफलतापूर्वक संचालित होता दिख रहा है।[18]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Dey, C.J. (2004). "Heat transfer aspect of an elevated linear absorber". Solar Energy. 76 (1–3): 243–249. Bibcode:2004SoEn...76..243D. doi:10.1016/j.solener.2003.08.030.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 Mills, D.R. (2004). "Advances in solar thermal electricity technology". Solar Energy. 76 (1–3): 19–31. Bibcode:2004SoEn...76...19M. doi:10.1016/S0038-092X(03)00102-6.
  3. ↑ Philipp Schramek and David R. Mills, Multi-tower solar array, Solar Energy 75, pp. 249-260, 2003
  4. ↑ Chaves, Julio (2015). Introduction to Nonimaging Optics, Second Edition. CRC Press. ISBN 978-1482206739.
  5. ↑ Julio Chaves and Manuel Collares-Pereira, Etendue-matched two-stage concentrators with multiple receivers, Solar Energy 84, pp. 196-207, 2010
  6. ↑ United States Department of Energy (2009). "Solar Energy Technologies Program: Concentrating Solar Power" (PDF).
  7. ↑ Mills, D.R.; Morrison, Graham L. (2000). "Compact linear Fresnel reflector solar thermal power plants". Solar Energy. 68 (3): 263–283. Bibcode:2000SoEn...68..263M. doi:10.1016/S0038-092X(99)00068-7.
  8. ↑ "SolMax, Solar Selective Surface Foil" (PDF).
  9. ↑ Jahanshahi, M. (August 2008). "Liddell thermal power station – greening coal-fired power". Ecogeneration.
  10. ↑ 10.0 10.1 "Ausra Technology".
  11. ↑ Schlesinger, V. (July 2008). "Solar Thermal Power Just Got Hotter". Plenty Magazine.
  12. ↑ 12.0 12.1 12.2 "World First in Solar Power Plant Technology".
  13. ↑ "घर". www.puertoerrado2.com. 27 October 2011. Archived from the original on 6 April 2016. Retrieved 19 April 2016.
  14. ↑ "Novatec Solar und BASF nehmen solarthermische Demonstrations-anlage mit neuartiger Flüssigsalz-Technologie in Betrieb".
  15. ↑ Parmar, Vijaysinh (Feb 5, 2011). "'Solar fire' to quench energy thirst at grassroots". The Times of India. Archived from the original on November 5, 2012. Retrieved May 15, 2011.
  16. ↑ "Solar Fire P32 - Solar Fire Project". solarfire.org. 2011. Archived from the original on April 30, 2011. Retrieved May 15, 2011.
  17. ↑ Purohit, I. Purohit, P. 2017. Technical and economic potential of concentrating solar thermal power generation in India. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 78, pp. 648–667, doi:10.1016/j.rser.2017.04.059.
  18. ↑ CSTA, 2021, 50 MW molten salt Fresnel CSP plant reached the highest single day generation, Beijing, China Solar Thermal Association, http://en.cnste.org/html/csp/2021/0603/1087.html
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