Güneş güç kuleleri,güneş ışınlarını kule tepesine monte edilmiş olan ısı değiştiriciye (alıcı) odaklamalı yoğunlaştırarak elektrik gücü üretirler. Sistemde, gelen güneş ışınlarını yansıtan ve heliostat diye adlandırılan,yüzlerce yada binlerce güneş izleme aynaları kullanılır. Bu tesisler,  30 ile 400Mwe arası uygulamalar için en uygun tesislerdir.

Güneş güç kulesindeki 290°C’da (545°F) sıvı haldeki tuz eriyiği soğuk depolama tankında alıcıya doğru pompalanır,burada sıcaklığı 565°C’ye (1049°F) kadar çıkarılarak sıcak depolama tankına gönderilir. Tesisten güç çekileceği zaman,sıcak tuz,klasik bir rankine çevrim türbini/jeneratör sistemi için aşırı kızdırılmış buhar üreten bir buhar üretme sistemine pompalanır. Buhar jeneratöründeki tuz soğuk tanka geri döner,burada depolanır ve sonunda da alıcıda yeniden kızdırılır. Şekil 3.1’de eriyik tuzlu bir güneş güç tesisindeki akış şemasının şematik diyagramı görülmektedir. Sevk edilecek güç gereksinimi karşılayacak olan optimum depolama kapasitesini belirlemek sistem dizayn projesinin önemli bir kısmıdır. Depolama tankları 13 saat’te kadar tam üretimdeki bir türbin gücüne yeterli kapasite ile dizayn edilebilir.

Heliostat kuleyi çevreleyen alan, tesisin yıllık verimini optimize edecek şekilde düzenlenir. Alan ve alıcının boyutları işletmenin ihtiyaçlarına da bağlı olarak değişir. Tipik bir kurulumda güneş enerjisinin toplanması,türbine buhar sağlayacak maksimum gereksinim oranının aşılmasıyla meydana gelir. Sonuç olarak,tam kapasite üretim yapan tesis ile aynı anda ısıl depolama sistemi de yüklenebilir. Kollektör sistemi tarafından (heliostat alan ve alıcı) karşılanan ısıl güç oranının türbin jeneratörü peak ısıl güç gereksinimini oranına Güneş çarpanı denir. Yaklaşık olarak 2,7’lik bir Güneş çarpanı ile, California’da Mojave çölünde tesis edilmiş olan tuz eriyikli bir güneş kulesi, yaklaşık %65’lik yıllık kapasite faktörüne göre dizayn edilebilir. Sonuç olarak bir güç kulesi yedek yakıt kaynağı ihtiyacı olmaksızın yıllık %65 potansiyelle işletilebilir. Enerji depolamaksızın,güneş teknolojilerinde yıllık kapasite faktörü %25 ile sınırlıdır.

 

Şekil 3.1.  Tuz eriyikli güç kulesi şematiği.

Bu örnekte,güneş tesisi güneş doğduktan hemen sonra ısıl enerji toplamaya başlar ve günün her anında tankta biriktirilen enerji sıcak tankta depolanır. Şebekenin peak yük talebine cevap olarak,türbin saat 1:00pm’de çevrim içi olur ve saat 11:00pm’e kadar güç üretimine devam eder. Depolamadan dolayı,türbin jeneratöründen üretilen güç güneş yoğunluğundaki sürekli dalgalanmalardan dolayı ve sıcak tanktaki depolanmış enerjinin tümü tüketilinceye kadar kalmaktadır. Enerji depolama ve aktarma güneş güç kulesi teknolojilerinin başarısı için çok önemlidir ve tuz eriyiğinin enerji depolama efektif maliyetine anahtar olduğuna inanılır.

 

Güneş kuleleri,ekonomik olması bakımından geniş kapasiteli olmalıdır. Güç kulesi tesisleri modüler değildir ve dish/stirling yada yalak tip elektrik tesisleri gibi daha küçük boyutlarda tesis edilemezler. Fakat onlar klasik bir güç bloğunu kullanır ve depolama mevcut olduğu zaman kolaylıkla güç aktarımı yapabilirler. Güneş kuleleri için en uygun yerleşim alanları kuzey Afrika, Meksika, Güney Amerika, Orta Doğu ve Hindistan’dır. Çünkü buralarda güneş ışınlarının tesiri bol miktarda ve yüksek seviyededir.

 

3.2. UYGULAMALAR

Güneş kuleleri 1980 öncelerinden beri Rusya,İtalya,İspanya,Japonya,Fransa ve Amerika’da tesis edilmektedir. Tablo 3.1’de buralarda kurulmuş olan sistemler verilmiş olup bunlar bazı önemli karakteristikler bakımından karşılaştırılmıştır.

 

Güneş kulelerinin öncesinde,alıcılarda ısıl enerji depolamak için bir türbin jeneratörünü direkt olarak süren buhar üretimi kullanılmaktaydı. Bu sistemlerin basit olmasına rağmen ileride anlatılacağı üzere bazı dezavantajları vardı.

Güneş güç kulesi sistemlerini daha iyi açıklayabilmek için Amerika’da kurulmuş olan Solar One ve Solar Two sistemlerini ele alalım.

 

Tablo 3.1. Güç kulelerinin karşılaştırılması

 

Proje Ülke Çıkış gücü(Mwe) Isı transferakışkanı Depolamaortamı İşletmeye başlangıçtarihi
SSPS İspanya 0,5 Sıvı sodyum Sodyum 1981
EURELİOS İtalya 1 Buhar Nitrat tuz/su 1981
SUNSHİNE Japonya 1 Buhar Nitrat tuz/su 1981
Solar one Amerika 10 Buhar Yağ/kaya 1982
CESA-1 İspanya 1 Buhar Nitrat tuz 1983
MSEE/CatB Amerika 1 Nitrat eriyiği Nitrat tuz 1984
THEMİS Fransa 2,5 Hi-tec tuz Hi-tec tuz 1984
SPP-5 Rusya 5 Buhar Su/buhar 1986
TSA İspanya 1 Hava Seramik 1993
Solar two Amerika 10 Nitrat eriyikli tuz Nitrat tuz 1996