Добиването и използването на енергия от Слънцето е едно от най-важните постижения на човечеството в сферата на енергетиката. Основното предизвикателство сега не е толкова в събирането на слънчева енергия, а в нейното съхранение и разпределение. Ако успеем да решим този проблем, традиционните предприятия, работещи с изкопаеми горива, могат да бъдат изпратени на пенсия.
SolarReserve е компания, която предлага използването на разтопена сол в слънчеви електрически станции и работи по алтернативно решение на проблемите със съхранението. Вместо да използва слънчевата енергия за производство на електричество и последващото й съхранение в слънчеви батерии, SolarReserve предлага да я пренасочва към термични акумулатори (кулите). Енергийна кула ще получава и съхранява енергия. Способността на разтопената сол да остане в течна форма я прави идеален носител за термично съхранение.
Задачата на компанията е да докаже, че нейната технология може да направи слънчевата енергия достъпен източник на енергия, работещ 24 часа в денонощието (както всяка електрическа станция, работеща на изкопаеми горива). Концентрираната слънчева светлина нагрява солта в кулата до 566 °C и тя се съхранява в гигантски изолиран резервоар, докато не бъде използвана за генериране на пара за задействане на турбина.
Въпреки това, да започнем отначало.
Начало
Главният технолог на SolarReserve, Уилям Гулд, е прекарал повече от 20 години в развитието на технологията CSP (концентрирана слънчева енергия) с разтопена сол. През 90-те години той е бил ръководител на проекта на демонстрационната установка Solar Two, построена с подкрепата на Министерството на енергетиката на САЩ в пустинята Мохаве. Десетилетие по-рано там е било тествано съоръжение, което потвърди теоретичните изчисления за възможността за търговско производство на енергия с помощта на хелиостати. Задачата на Гулд е била да разработи подобен проект, в който вместо пара се използва нагрята сол, както и да намери доказателства, че енергията може да бъде съхранявана.
При избора на капацитет за съхранение на разтопена сол Gould колебаеше между две опции: производител на котли с опит в традиционни електрически станции, работещи на fosilни горива, и компания Rocketdyne, която произвеждаше ракетни двигатели за NASA. Изборът беше направен в полза на ракетостроителите. Отчасти заради факта, че в началото на кариерата си Gould работи като ядрен инженер в гигантската строителна компания Bechtel, която работеше по калифорнийските реактори San Onofre. И смяташе, че не ще намери по-надеждна технология.
Дюзата на реактивния двигател, от която излитат горещи газове, всъщност се състои от две обечайки (вътрешна и външна), в фрезованите канали на които се прокарват горивни компоненти в течна фаза, охлаждайки метала и предотвратявайки дюзата от топене. Опитът на Rocketdyne в разработката на подобни устройства и работа в сферата на високотемпературната металургия се оказа полезен при разработката на технологията за използване на разтопена сол в слънчеви електрически станции.
Проектът Solar Two с мощност 10 MW успешно функционира в продължение на няколко години и беше спрян през 1999 година, потвърдил жизнеспособността на идеята. Както признава самият Уилям Гулд, проектът имаше някои проблеми, които трябваше да бъдат решени. Но основната технология, използвана в Solar Two, работи и в съвременни станции като Crescent Dunes. Смес от нитратни соли и работните температури са идентични, разликата е само в мащабите на станцията.
Предимството на технологията за използване на разтопена сол е, че тя осигурява мощност при поискване, а не само когато слънцето грее. Солта може да съхранява топлина в продължение на няколко месеца, така че понякога, когато настъпи облачен ден, това не влияе на наличността на електрическа енергия. Освен това, емисиите на електрическата станция са минимални и, разбира се, няма опасни отпадъци, произведени като страничен продукт на процеса.
Принципи на работа
Слънчевата електрическа станция използва 10 347 огледала (хелиостати), разположени на 647,5 хектара (повече от 900 футболните игрища), за да концентрира слънчевата светлина върху централна кула с височина 195 метра, изпълнена със солеви "плънка". Тази сол се нагрява от слънчевите лъчи до 565 °C, а топлината се съхранява и след това се използва за преобразуване на вода в пара и за захранване на генератори, които произвеждат електричество.
Огледалата се наричат хелиостати, тъй като всяко от тях може да се накланя и върти, за да насочва точно лъча си светлина. Разположени в концентрични кръгове, те фокусират слънчевата светлина върху "приемника" в горната част на централната кула. Самата кула не свети, приемникът има матово-черен цвят. Ефектът на светене се получава точно заради концентрацията на слънчевите лъчи, които нагряват съдържанието. Горещата сол капе в резервоар от неръждаема стомана с капацитет 16 000 м³.
Хелиостат
Солта, която при тези температури изглежда и тече почти като вода, преминава през топлообменник, за да произвежда пара за работа на стандартен турбогенератор. В резервоара има достатъчно разтопена сол, за да захранва генератора в продължение на 10 часа. Това е 1100 мегаватчаса съхранение, или почти 10 пъти повече от най-големите системи с литиево-йонни батареи, които са инсталирани за съхранение на възобновяема енергия.
Труден път
Въпреки перспективността на идеята, не може да се каже, че SolarReserve е постигнал успех. По много начини компанията остава стартап. Въпреки че е енергичен и ярък стартап във всяко отношение. Все пак, първото нещо, което ще видите, гледайки към електрическата станция Crescent Dunes, е светлината. Толкова ярка, че не можете да я гледате. Източникът на светлина е 195-метровата кула, горделиво извисяваща се над пустинните територии на Невада, изблизи между малкия град Рино и Лас Вегас.
Как изглеждаше електрическата станция на различни етапи от строителството
2012 година, начало на строителството
2014 година, проектът е почти завършен
Декември 2014, Crescent Dunes почти готова за експлоатация
Готовата станция
На около час път с кола оттук се намира известната Зона 51, секретен военен обект, който това лято заплашваше интернет с настъпление, за да «спаси» извънземните от ръцете на американското правителство. Такова съседство води до това, че пътешествениците, които виждат необичайно ярка светлина, понякога питат местните жители дали не са станали свидетели на нещо необичайно или дори извънземно. И след това искрено се разочароват, когато научават, че всичко това е просто соларна електрическа станция, обградена от поле с огледала с ширина почти 3 км.
Строителството на Crescent Dunes започва през 2011 година благодарение на заеми от правителството и инвестиции от NV Energy, основната комунална компания в Невада. А електрическата станция е завършена през 2015 година, около две години по-късно от планирания срок. Но и след построяването не всичко минава гладко. Например, през първите два години често се поваляваха и не работеха правилно помпите и трансформаторите на хелиостатите, които бяха недостатъчно мощни. Затова изходната мощност на Crescent Dunes беше по-ниска от планираната през първите години на работа.
Имаше и още една трудност — с птиците. Попадайки под «прицел» на концентрираната слънчева светлина, нещастната птица . Според представители на SolarReserve, техните електрически станции успяха да избегнат редовните и масови «кремации» на птици. В сътрудничество с няколко национални организации беше разработен специален план, който да смекчи всякакви потенциални заплахи за електрическата станция. Тази програма беше одобрена през 2011 година и е предназначена за намаляване на потенциалния риск за птици и летящи мишки.
Но най-голямата проблем за Crescent Dunes стана теч от резервоара за съхранение на гореща сол, който беше открит в края на 2016 година. Според технологията, гигантският пръстен, опиращ се на пилони на дъното на резервоара, разпределя разтопената сол при нейното постъпване от приемника. Самите пилони трябваше да бъдат заварени за пода, а за пръстена бе необходима възможност за смещение, тъй като температурните промени предизвикват разширение/свиване на материалите. Вместо това, заради грешка на инженерите, всичко това беше здраво заварено заедно. В резултат на това, при температурни изменения дъното на резервоара се извиваше и течеше.
Самата по себе утечка от стопената сол не представлява особена опасност. При попадане на гравийния слой под резервоара стопената от веднага се охлади и се превърна в сол. Въпреки това, спирането на електрическата станция продължи осем месеца. Изучаваха се причините за утечката, отговорните за инцидента, последиците от извънредната ситуация и други въпроси.
На този неприятности SolarReserve не приключи. Производителността на електрическата станция се оказа по-ниска от планираната през 2018 година, като средният коефициент на мощност е 20,3% в сравнение с планирания коефициент на мощност 51,9%. В резултат на това Националната лаборатория за възобновяеми източници на енергия на САЩ (NREL) започна 12-месечно изследване на разходите по проекта CSP, съсредоточавайки вниманието си върху проблеми с производителността и непредвидени разходи. В резултат на това първо компанията беше съдени и принудени да сменят ръководството, а през 2019 година бяха принудени да признаят своето .
Това още не е краят
Но дори и това не постави край на развитието на технологията. Има аналогични проекти и в други държави. Например, подобни технологии се използват в соларния парк на името на Мохамед ибн Рашид Ал Мактум — най-голямата в света мрежа от соларни електрически станции, обединени в едно пространство в Дубай. Или, да кажем, Мароко. Там има повече слънчеви дни, отколкото в САЩ, поради което ефективността на електрическата станция трябва да бъде по-висока. И първите резултати показват, че това наистина е така.
Кулата CSP Noor III с капацитет 150 МВт в Мароко надмина планираните показатели за производителност и запълване на хранилището в първите няколко месеца на експлоатация. А разходите за финансиране на проектите за съхранение на енергия в кулата съвпадат с очакваните прогнози, уверява Ксавие Лара, старши консултант CSP Инженерна група Empresarios Agrupados (EA).
Електрическата станция Noor III
Започнала в декември миналата година, електрическата станция Noor III демонстрира забележителна производителност. Noor III, инсталиран от испанската SENER и китайската корпорация за строителство на енергия SEPCO, е най-голямата в света експлоатационна кула и втората по интеграция на технологията за съхранение на стопена сол.
Експертите смятат, че надеждните ранни данни за представянето на Noor III относно производителността, гъвкавостта на генериране и интеграцията на складовете трябва да намалят проблемите с надеждността на CSP-кули и складовете и да намалят капиталовите разходи за бъдещи проекти. В Китай правителството вече обяви програма за изграждане на 6000 МВ CSP със съхранение. SolarReserve си сътрудничи с държавната компания Shenhua Group, която изгражда електрически станции на въглища, за разработването на 1000 МВ производство на разтопена сол CSP. Но ще продължат ли да изграждат такива кули-съхранители? Въпрос.
Въпреки това, буквално преди няколко дни компанията Heliogen, собственост на Бил Гейтс, обяви пробив в използването на концентрирана слънчева енергия. Heliogen успяха да повишат температурата от 565 °C на 1000°C. Така се отвори възможността за използване на слънчевата енергия в производството на цимент, стомана и нефтохимични продукти.
Какво още полезно може да се прочете в блога
→
→
→
→
→
Абонирайте се за нашия -канал, за да не пропуснете нова статия! Публикуваме не по-често от два пъти седмично и само по същество. Също така ви напомняме, че можете да облачните решения Cloud4Y.
Само регистрирани потребители могат да участват в анкетата. , моля.
Електрическа станция на течна сол — това е
Умираща технология
Перспективна посока
Първоначално глупост
Вашият вариант (в коментарите)
Гласували 97 потребители. Въздържали се 36 потребители.
Източник: habr.com
