Elektrownie termiczno-solarne, to tańsza energia słoneczna

Naukowcy od lat starają się znaleźć sposób na wykorzystanie energii słonecznej w cenach porównywalnych do energii z elektrowni węglowych czy gazowych.

Trudności są ogromne, ale dzięki wykorzystaniu temperatury zamiast światła, są coraz bliżej rozwiązania problemu.

W zeszłym miesiącu Acciona Energy, firma z Hiszpanii, otworzyła elektrownię termiczno-solarną na powierzchni 160 ha nieopodal miasta Boulder City w Nevadzie około 40 km od Las Vegas. Instalacja nazwana Nevada Solar One, to w istocie 75 km rynnowo ułożonych luster tworzących kolejne szeregi. Elektrownia jest w stanie wytworzyć prąd o mocy 64 megawatów, to wielokrotność mocy największych instalacji fotowoltaicznych, które można znaleźć praktycznie wszędzie od paneli dachowych po kieszonkowe kalkulatory.

Acciona nie ujawniła kosztu otwarcia elektrowni termiczno-solarnej, wiadomo jednak, że budowa była subsydiowana przez departament energii. Zdaniem Solar Energy Industries Association, organizacji reprezentującej interesy producentów ogniw fortowoltaicznych i termiczno-solarnych systemów pozyskiwania energii, moc z instalacji termiczno-solarnej kosztuje 12 do 14 centów za kilowatogodzinę, z tradycyjnych ogniw słonecznych 18-40 centów za kilowatogodzinę. Średnia cena sprzedaży energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych to 10,5 centa za kilowatogodzinę.

Baterie fotowoltaiczne, które po raz pierwszy zostały wykorzystane w programach kosmicznych, teraz robią się coraz tańsze. To samo dotyczy systemów termicznych, które działają skupiając światło słoneczne na rurze wypełnionej płynem, w celu uzyskania wysokiej temperatury.

-To prawdziwy renesans technologii termiczno-solarnej, a wiele osób ciężko pracuje nad redukcją kosztów -mówi Martin Heming, dyrektor odpowiedzialny za technologie solarne w niemieckiej firmie Schott, która wyprodukowała kolektor rurowy dla Nevada Solar One.

Schott pracuje nad systemem, w którym do wypełnienia rur, wykorzystano by roztopioną sól zamiast cieczy. Sól może przyjąć tak samo dużo ciepła, może nawet więcej, nie wchodząc w stan wrzenia i nie zwiększając zbytnio swojego ciśnienia. Obecnie wykorzystywany system rozgrzewa się do temperatury 400o C w czym pomagają niewielkie silniki elektryczne, które ustawiają lustra w ten sposób żeby przez cały dzień odbijały promienie słońca.

Rozgrzany w rurach płyn biegnie do centralnego bloku, gdzie przepuszczany jest przez sieć rur zanurzonych w zwykłej wodzie. Woda, gotuje się i parując napędza turbinę, tak jak w tradycyjnej elektrowni węglowej.

Jednak tradycyjna elektrownia produkuje około 600 megawatów energii elektrycznej, mniej więcej dziesięciokrotność potencjału Nevada Solar One. – Optymalna ekonomicznie wielkość prawdopodobnie przekracza rozmiary Nevada Solar One. – mówi Thomas R. Fair, dyrektor ds. energii odnawialnej w dwóch firmach kupujących prąd z elektrowni słonecznych, Nevada Power Company i Sierra Pacific Power Company. – Ale na tej pustyni jest bardzo dużo miejsca. – dodaje.

Elektrownie termiczno-solarne nowej generacji, będą prawdopodobnie korzystać z bardziej efektywnych technologii. Heming twierdzi, że przestawienie się na, na przykład sód, pozwoliłoby na osiągnięcie wyższych temperatur. Mniej energii "wyciekałoby" z rur i produkcja byłaby bardziej efektywna.

Inne zastosowanie energii termiczno-solarnej

Energia termiczno-solarna jest również wykorzystywana w dwóch innych procesach. Pierwszy to wsparcie elektrowni gazowo-parowej. W takich elektrowniach gaz spalany jest w silniku odrzutowym, który obraca turbinę, która z kolei produkuje energię elektryczną. Gazy wylotowe silnika podgrzewają wodę, a para napędza drugą turbinę co pozwala na zwiększenie wydajności.

W wariancie termiczno-solarnym, ciepło słoneczne miałoby być wykorzystane do wstępnego podgrzania wody, którą zagotować miałyby gazy wylotowe. Orędownicy tego rozwiązania twierdzą, że taki system mógłby wytwarzać o 1/6 więcej energii niż naturalne elektrownie gazowe, osiągając wydajność 70 proc. Większość współczesnych elektrowni osiąga wydajność rzędu 50-60 proc.

Bank Światowy rozważa finansowe wsparcie projektów w Maroko i Egipcie, gdzie miałyby powstawać takie hybrydowe elektrownie.

Drugie zastosowanie energii termiczno-solarnej, pokazuje, że nie wszystkie takie projekty muszą być duże i bardzo zaawansowane technologicznie. Niedawno powstała amerykańska firma Solar Turbine Group, założona przez inżynierów z Instytutu Technologii w Massachussets (MIT), otrzymała 130 tys. dolarów z Banku Światowego i w Lesotho, w południowej Afryce, testuje prototypy wykorzystujące bardzo proste komponenty, na przykład stare części od samochodów.

Cztery paraboliczne misy, każda wysoka na ponad 3 metry i szeroka na ponad 1 metr, skupiają światło słoneczne ma czarnym kolektorze w celu zagotowania wody. Następnie para może zostać przepuszczona przez stary klimatyzator samochodowy – przy użyciu kompresora wstecznie, temperatura zostanie zamieniona na energię kinetyczną. (Pod maską samochodu kompresor pobiera energię mechaniczną silnika i używa ją do ściśnięcia czynnika chłodzącego do stanu skupienia cieczy, aby mógł oddać temperaturę – tu działa to na odwrót.)

W przypadku turbiny solarnej energia kinetyczna obraca generator, który również można wziąć ze starego samochodu. Mechaniczną energię można też wykorzystać do napędzania systemu chłodzenia.

– W produkcji taka jednostka będzie kosztować około 5 tys. dolarów i będzie w stanie wytworzyć prąd o mocy 600 watów – mówi Sam White z Solar Turbine Group. Cena jest porównywalna z ceną ogniwa fotowoltaicznego, ale ten system dodatkowo grzeje wodę.

Energia termiczno-solarna może mieć jeszcze jedną zaletę: łatwiej będzie przechowywać energię w postaci ciepła. To ważne ponieważ czas najwyższej efektywności produkcji energii słonecznej – popołudnie, kończy się przed szczytowym okresem zapotrzebowania. Wysoką temperaturę płynu, można wykorzystać nawet gdy słońce jest bardzo nisko lub gdy już całkiem skryło się za horyzontem.

Możliwe jest przechowywanie dużych ilości gorącej wody, albo roztopionego sodu w celu wykorzystania ich do produkcji prądu we wczesnych godzinach wieczornych. Gdyby przedsiębiorstwa użyteczności publicznej przestawiły się z elektrowni gazowych na słoneczne, aby sprostać zapotrzebowaniu w okresie szczytowym, wartość energii produkowanej przez te ostatnie z pewnością by wzrosła.

Źródło: New York Times

Może Ci się również spodoba