FR2460400A1 - Solar powered generating station - uses parabolic trough reflector arrays vertically tiltable and mounted on floating base for easy horizontal rotation - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne l'utilisation de l'énergie solaire pour la produotion de vapeur. Elle intéresse particulièrement la transformation de 1' l'nergie solaire on énergie électrique. The present invention relates to the use of solar energy for the production of steam. She is particularly interested in the transformation of solar energy into electrical energy.
Elle est basée sur la concentration du rayonnement solaire au moyen de profilés rectilignes de section parabolique. Bu fait quille sont développables, de tels profilés sont infiniment moins coûteux à réaliser que des miroirs paraboliques circulaires. On peut on effet les constituer par de simples tales assujetties au profil désiré par des flasques usinées à cet effet. Elles peuvent alors concentrer le rayonnement solaire sur un axe situé au foyer linéaire de la surface parabolique ainsi constituées et il suffit de matérialiser cet axe par un tube de vapeur pour obtenir un élément de chaudière solaire suivant l:inven- tion.De tels éléments peuvent être accolés le long du mâme tube de vapeur, comme le montre la Fiv.1. La Fig.2 montre un des flasques maintenant la tôle profilée et une glace de protection, dont la Fig.3 montre une coupe. It is based on the concentration of solar radiation by means of rectilinear sections of parabolic section. Bu keel are developable, such profiles are infinitely less expensive to produce than circular parabolic mirrors. We can indeed constitute them by simple sheets subject to the desired profile by flanges machined for this purpose. They can then concentrate the solar radiation on an axis located at the linear focus of the parabolic surface thus formed and it suffices to materialize this axis by a steam tube to obtain an element of solar boiler according to the invention. be joined along the same vapor tube, as shown in Fiv. 1. Fig.2 shows one of the flanges holding the profiled sheet and a protective glass, Fig.3 shows a section.
On notera que les réflecteurs développables suivant l'invention peuvent etre simplement constitués par des tôles d'acier ou de métal léger auxquelles un polissage soigné a donné un poli spéculaire; mais on peut aussi obtenir ce poli par aluminitage, ou par collage sur la tôle d'une feuille plastique réfléchissante ; et on peut aussi les constituer en verre. It will be noted that the reflectors which can be developed according to the invention may simply consist of sheets of steel or of light metal to which careful polishing has given a specular polish; but it is also possible to obtain this polish by aluminizing, or by bonding to the sheet of a reflective plastic sheet; and they can also be made of glass.
Il est évidemment nécessaire, pour produire une puissance intéressante, de disposer parallelement de nombreux éléments de chaudière. Il est nécessaire aussi de les orienter en site et en azimut. L'orientation en site ne présente aucune difficulté, puisqu'il suffit de faire pivoter les éléments autour de leur foyer axial. Par contre leur orientation en azimut implique l'orientation du bâti qui les porte, orientation qu'il serait très difficile de raliser par des moyens mécaniques. It is obviously necessary, in order to produce an interesting power, to have numerous boiler elements in parallel. It is also necessary to orient them in elevation and in azimuth. The orientation in site presents no difficulty, since it suffices to rotate the elements around their axial focus. On the other hand their orientation in azimuth implies the orientation of the frame which carries them, orientation which it would be very difficult to achieve by mechanical means.
C'est pourquoi les éléments des chaudières suivant l'invention seront montés sur des caissons flottants, disposés sur un plan d'eau. Leur ensemble constitue alors un ponton circulaire flottant, qu'il suffit de faire tourner autour de son centre, d'un tour par 24 heures, pour que les tubes de chaudière soient toujours perpendiculaires aux rayons solaires. This is why the elements of the boilers according to the invention will be mounted on floating boxes, arranged on a body of water. Their assembly then constitutes a floating circular pontoon, which it suffices to rotate around its center, one revolution per 24 hours, so that the boiler tubes are always perpendicular to the sun's rays.
On remarquera que le poids des éléments de chaudière suivant l'invention est assez faible pour qu'il soit inutile de constituer un ponton circulaire continu pour les supporter, ce que peuvent faire des caissons flottants de section relativement faible, réunis entre eut par des poutrelles, comme le montre la Yin.4. ,ou le rayonnement solaire a été schémitis-par des vecteurs qui permettent de voir comment la totalité de ce rayonnement est bien focalisé sur les tubes de vapeur, quand les réflecteurs de section parabolique sont bien orientés en site et en azimut. It will be noted that the weight of the boiler elements according to the invention is low enough that it is useless to constitute a continuous circular pontoon to support them, which floating caissons of relatively small section can do, joined together by beams , as shown in Yin. 4. , or the solar radiation has been diagrammed-by vectors which allow to see how the totality of this radiation is well focused on the vapor tubes, when the reflectors of parabolic section are well oriented in site and in azimuth.
L'orientation en azimut par rotation autour de son centre de l'ensemble de la centrale solaire suivant l'inventions ne demande qu'une énergie tout i fait négligeable. Elle implique, par oontre, que les turbines ou moteurs utili sant la vapeur produite soient solidaires de l'ensemblew et tournent avec lui. The orientation in azimuth by rotation around its center of the whole of the solar power plant according to the invention requires only quite negligible energy. It implies, on the other hand, that the turbines or engines using the steam produced are integral with the assembly and rotate with it.
Elle implique aussi que soit ménagé au centre de la centrale solaire suivant l'invention, un axe fixe vertical qui la traverse, comme son moyeu traverse une roue, un tel axe étant nécessaire d'une part pour amarrer la centrale sur le fond ou sur les rives, d'autre part pour servir de support aux lignes à haute tension alimentées par le courant produit, ces lignes pouvant Btre aériennes ou immergées.It also implies that there is formed in the center of the solar power plant according to the invention, a vertical fixed axis which passes through it, as its hub crosses a wheel, such an axis being necessary on the one hand for mooring the power plant on the bottom or on the banks, on the other hand to serve as a support for the high-voltage lines supplied by the current produced, these lines being able to be aerial or submerged.
Il est nécessaire, étant donné la légèreté des- structures des centrales suivant l'invention, de les protéger des vagues. Aussi leur forme circulaire sera matérialisée par une ceinture verticale flottante anti-clapot. It is necessary, given the lightness of the structures of the power stations according to the invention, to protect them from the waves. Also their circular shape will be materialized by a vertical floating anti-chop belt.
La Fig. 5 montre, en plan, une forme préférentielle de centrale solaire suivant l'invention. On a choisi d'y donner la même longueur à tous les tubes de la chaudière, de sorte qu'ils produisent chacun la même quantité de vapeur à la même température, oe qui facilite considérablement l'utilisation de cette vapeur, mais limite la surface qu'ils occupent à celle du carré circonscrit dans la ceinture anti-clapot. Cette disposition permet par contre de dédoubler les machines, en les plaçant à chaque -extrémité du grand axe de le centrale parallèle aux tubes de vapeur, ce dédoublement permettant l'entretien des turbines sans interruption de la production d'énergie.Elle présente aussi l'avantage de permettre l'accostage, près des salles de machines flottantes, des bateaux trano- portant le personnel ou le matériel d'entretien. Il reste cependant, entre le carré constitué par les tubes de vapeur et la ceinture aanti-olapot, des surfaces non négligeables. Elles seront preférentiellement utilisées, dans les centrales solaires suivant l'invention, pour supporter des capteurs solaires du type utilisé pour le chauffage des habitations, mais dont l'usage sera alors d'assurer un préchauffage de l'eau avant son arrivée dans les tubes de vapeur. Fig. 5 shows, in plan, a preferred form of solar power plant according to the invention. We chose to give the same length to all the tubes of the boiler, so that they each produce the same amount of steam at the same temperature, oe which considerably facilitates the use of this steam, but limits the surface that they occupy to that of the square circumscribed in the anti-chop belt. This arrangement, on the other hand, makes it possible to split the machines, placing them at each end of the major axis of the power plant parallel to the steam tubes, this duplication allowing the maintenance of the turbines without interrupting the production of energy. he advantage of allowing docking, near floating engine rooms, of boats carrying personnel or maintenance equipment. However, between the square formed by the steam tubes and the anti-olapot belt, significant surfaces remain. They will preferably be used, in solar power stations according to the invention, to support solar collectors of the type used for heating homes, but the use of which will then be to preheat the water before it arrives in the tubes. steam.
Le rendement de ces capteurs1 qu'il est inutile d'orienter en site, sera excel- lent, du fait que, solidaires de l'ensemble de la centrale* ils seront constamment orientés en azimut. On voit que, par cette disposition, la totalité de la surface occupée par la centrale suivant l'invention est utilisée à la production de vapeur et à sa transformation en énergie électrique.The efficiency of these sensors1 which it is useless to orient in site, will be excellent, because, integral with the whole of the power plant * they will be constantly oriented in azimuth. It can be seen that, by this arrangement, the entire surface occupied by the plant according to the invention is used for the production of steam and its transformation into electrical energy.
La Fig.6 montre, en coupe-une centrale solaire suivant l'invention; et la
Fig. 7 montre, en coupe, un mode de réalisation de la ceinture anti-clapot qui 1'Bntoure
Ces'figures montrent bien l'extrême simplicité, et la légèreté, des éléments constitutifs d'une centrale solaire suivant l'invention, qui comporte, par contre, un grand nombre de ces éléments. Ces divers facteurs se conjuguent pour en trbais- ser le prix de revient, qui est l'élément déterminant de la rentabilité d'une
central; solaire, dont la source d'énergie est gratuite et inépuisable. Le prix
du K produit ne dépend donc que de l'amortissement de son installation, et do
son entretien.Il en est de même de toute centrale solaire, quelque soit le mode
de transformation de l'énergie thermique en énergie électrique. L'énergie éleo-
trique produite ne sera jamais qu'une fraction - le rendement global - de l'4ner-
gie rayonnée par le soleil par unité de surface. L'élément déterminant de la ren
stabilité d'une centrale solaire est donc son prix au mètre carré; et on ne peut
en espérer une puissance intéressante sans lui donner une surface considérable.Fig.6 shows, in section-a solar power plant according to the invention; and the
Fig. 7 shows, in section, an embodiment of the anti-chop belt which surrounds
Ces'figures show the extreme simplicity, and lightness, of the components of a solar power plant according to the invention, which comprises, however, a large number of these elements. These various factors combine to lower the cost price, which is the determining factor in the profitability of a
central; solar, whose source of energy is free and inexhaustible. The price
of the K product therefore only depends on the depreciation of its installation, and do
the same applies to any solar power plant, whatever the mode
transforming thermal energy into electrical energy. Eleo energy
produced will never be more than a fraction - the overall yield - of the 4n-
sun radiated by unit of area. The determining element of ren
stability of a solar power plant is therefore its price per square meter; and we can't
hope for an interesting power without giving it a considerable surface.
Un avantage considérable des centrales suivant l'invention est qu'elles ne néces
sitent aucune emprise au eol, et que les plans d'eau qu'elles nécessitent sont
inutilisés en tant que tels, et appartiennent aux Etats dont un des rallez est
précisément de fournir aux nations l'énergie électrique dont elles ont besoin.A considerable advantage of the power stations according to the invention is that they do not require
have no influence on eol, and that the bodies of water they require are
unused as such, and belong to states one of which is
precisely to provide nations with the electric power they need.
On s'aperçoit ainsi que le prix de revient de l'énergie produite par des cen
trales suivant l'invention est immédiatement compétitive avec les autres souroes
d'énergie. En admettant en effet que le rayonnement solaire est de l'ordre de
1 Kw par M2, et que le rendement global de la centrale soit de 15 %, on produira
une énergie de 1 500 Kw à l'hectare. En tablant sur 200 jours d'ensoleillement
par an, et des durées journalières d'ensoleillement de 10 heures, les centrales
suivant l'invention produiront 3,000 000 de Kw/H annuellement à l'hectare.We can thus see that the cost price of the energy produced by cen
trales according to the invention is immediately competitive with other souroes
of energy. By admitting indeed that the solar radiation is of the order of
1 Kw per M2, and that the overall output of the power plant is 15%, we will produce
an energy of 1,500 Kw per hectare. Based on 200 days of sunshine
per year, and daily hours of sunshine of 10 hours, the power stations
according to the invention will produce 3,000,000 Kw / H annually per hectare.
Pour fixer les idées, une centrale de 500 N de rayon produirait environ
150millions de Kw/H par an. C'est un chiffre modeste si on le compare aux be
soins en énergie d'une grande nation ; mais c'est aussi un chiffre modeste par
rapport à la surface des plans d'eau inutilisés aujourd'hui dans la plupart des
nations, surface qui, Si elle était équipée de centrales suivant l'invention,
suffirait dans la plupart des cas, à couvrir la totalité de leurs besoins d'éner-
gie. il est probable que la faible prix au N2 de cet équipement permettrait de
l'amortir en 5 ans, ce qui revient à dire qu'il s'aubofinancerait au bout d'une
période de dinq ans, et que son intérêt économique est donc considérable. Â titre
d'exemple, l'équipement partiel des étangs des côtes Sud-Ouest et Sud permettrait
de couvrir la totalité des besoins français.To fix the ideas, a central 500 N radius would produce about
150million Kw / H per year. This is a modest figure if we compare it to the be
energy care of a great nation; but it's also a modest figure by
compared to the surface of water bodies unused today in most
nations, surface which, If it were equipped with power stations according to the invention,
would be sufficient in most cases to cover all of their energy needs.
gie. it is likely that the low price per N2 of this equipment would allow
amortize it in 5 years, which means that it would finance itself after one
period of five years, and that its economic interest is therefore considerable. As
for example, the partial equipment of the ponds on the southwest and south coasts would allow
to cover all French needs.
Un avantage notoire de l'énergie solaire est qu'elle n'est aucunement pol
luante. On pourrait craindre cependant que la condensation de la vapeur produite
ne provoque un échauffement des étangs ou des lacs qui supporteront les cen
trales suivant l'invention. Une rapide analyse montre cependant que cette crainte
est dénuée de tout fondement, et que c'est pcisément le contraire qui se pro
duira. La température de l'eau de ces étangs dépend évidemment de la quantité de
chaleur solaire qu'ils absorbent. Si une partie de cette-quantité est transformée
en énergie électrique, elle doit donc être défalquée de la chaleur totale
rayonnée à la surface, si bien que la température ne peut que baisser légèrement, abaissement généralement considéré comme favorable à la bio-masse. A notable advantage of solar energy is that it is in no way pol
glowing. One might fear, however, that the condensation of the vapor produced
causes overheating of ponds or lakes that will support cen
trales according to the invention. A quick analysis shows, however, that this fear
is completely unfounded, and that the opposite is the case.
will. The water temperature of these ponds obviously depends on the amount of
solar heat they absorb. If part of this quantity is transformed
in electrical energy, it must therefore be deducted from the total heat
radiated to the surface, so that the temperature can only drop slightly, lowering generally considered to be favorable for biomass.
Une utilisation particulièrement intéressante des centrales solaires suivant l'invention est l'équipement des plans d'eau constitués par les retenues des barrages hydroélectriques. En effet les périodes où le potentiel hydraulique de ces barrages est le plus important ne corncident générale- pas avec les périodes d'ensoleillement maximum, si bien qu'il existera dans la plupart des cas une complémentarité entre la production d'énergie d'origine hydraulique et la production d'énergie d'origine solaire. Les lignes à haute tension existantes suffiront donc à raccorder au réseau national les centrales solaires suivant l'invention, dont le Elle sera principalement alors de ménager le potentiel hydraulique des barrages. A particularly advantageous use of the solar power stations according to the invention is the equipment of the water bodies constituted by the reservoirs of the hydroelectric dams. Indeed, the periods when the hydraulic potential of these dams is the most important do not generally coincide with the periods of maximum sunshine, so that in most cases there will be a complementarity between the production of original energy hydropower and solar energy production. The existing high-voltage lines will therefore suffice to connect the solar power stations according to the invention to the national grid, the main purpose of which will then be to conserve the hydraulic potential of the dams.
On notera qu'une des caractéristiques principales de l'invention est la possibilité qu'elle donne d'orienter en azimut des nappes de capteurs solaires. It will be noted that one of the main characteristics of the invention is the possibility that it gives of orienting sheets of solar collectors in azimuth.
Le type de capteur qui a été décrit, et qui en fait des éléments de chaudière, est un de ceux qui peuvent être réalisés le plus économiquement. Nais il va de soi que d'autre types poiraient également être utilisés. Il serait ainsi par faitement concevable de réchauffer par les procédés indiqués d'autres fluides que de l'eauX ou même de disposer suivant l'invention non plus des éléments de chaudière, mais des capteurs chimiques ou physiques produisant directement de l'électiicité. S'il n'en a pas été plus parlé ici, c'est que leur prix est actuellement prohibitif, et qu'il n'est pas prévisible qu'il devienne compé- titif aveo celui des éléments de chaudière qui constituent aujourd'hui le mode préférehtiel de réalisation de l'invention. Un de ses avantages essentiels est de ne faire appel qu'à des techniques éprouvées et de ne poser aucun problème de réalisation. Elle ne met en oeuvre que des matériaux dont la production est aujourd'hui excédentaire, comme l'acier, sous forme de tôles, de tubes et de profilés, immédiatement disponibles. Elle peut donc contribuer à mettre très rapidement à la disposition de l'homme une source d'énergie pratiquement illimitée et dont le coût ne pourra que décroStre avec le temps, à l'inverse de toutes les autres. The type of collector which has been described, and which makes them boiler elements, is one of the most economically feasible. However, it goes without saying that other types could also be used. It would thus be perfectly conceivable to heat by the methods indicated other fluids than eauX or even to have, according to the invention, no longer boiler elements, but chemical or physical sensors directly producing electricity. If it has not been discussed more here, it is because their price is currently prohibitive, and it is not foreseeable that it will become competitive with that of the boiler elements which constitute today. the preferred embodiment of the invention. One of its essential advantages is to use only proven techniques and to pose no problem of realization. It uses only materials whose production is surplus today, such as steel, in the form of sheets, tubes and profiles, immediately available. It can therefore help to make a practically unlimited source of energy available to humans very quickly, the cost of which can only decrease over time, unlike all the others.
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