Извличането и използването на слънчева енергия е едно от най-значимите постижения на човечеството в сферата на енергетиката. Основното предизвикателство сега не е толкова в събирането на слънчевата енергия, а в нейното съхранение и разпределение. Ако успеем да решим този проблем, традиционните съоръжения, опериращи с изкопаеми горива, могат да отидат на пенсия.
SolarReserve е компания, предлагаща използването на разтопена сол в соларни електрически станции и работеща по алтернативни решения на проблемите със съхранението. Вместо да използва слънчева енергия за производство на електричество и по-късно да я съхранява в соларни батерии, SolarReserve предлага да насочва енергията към термални акумулаторни устройства (кули). Енергийната кула ще приема и съхранява енергия. Способността на разтопената сол да остава в течна форма я прави перфектно средство за термално съхранение.
Задачата на компанията е да докаже, че нейната технология може да направи слънчевата енергия достъпен източник на енергия, който да работи 24/7 (както всяка електрическа станция, работеща с изкопаеми горива). Концентрирана слънчева светлина нагрява солта в кулата до 566 °C, и тя се съхранява в гигантски изолиран резервоар, докато не бъде използвана за производство на пара за захранване на турбина.
Но всичко по реда си.
Начало
Главният технолог на SolarReserve, Уилям Гулд, е прекарал повече от 20 години в развитие на CSP (концентрирана слънчева енергия) технология с разтопена сол. През 90-те години той е ръководител на проекта за демонстрационната инсталация Solar Two, построена с подкрепата на Министерството на енергетиката на САЩ в Мохавската пустиня. Десетилетие по-рано там беше тествана конструкция, която потвърди теоретичните изчисления за възможността за търговско производство на енергия чрез хелиостати. Задачата на Гулд беше да разработи подобен проект, в който вместо пара се използва нагрята сол, както и да намери доказателства, че енергията може да бъде съхранена.
При избора на капацитет за съхранение на разтопена сол, Гулд колебаеше между две възможности: производител на котли с опит в традиционни електрически станции, работаещи на изкопаеми горива, и компанията Rocketdyne, която произвеждаше ракетни двигатели за НАСА. Изборът беше направен в полза на ракетостроителите. Отчасти защото в началото на кариерата си Гулд работеше като ядрени инженер в огромната строителна компания Bechtel, която работеше по калифорнийските реактори San Onofre. И смяташе, че няма да намери по-надеждна технология.
Соплото на реактивния двигател, от което излизат горещи газове, всъщност се състои от две обечаи (вътрешна и външна), в фрезерованите канали на които се прокарват горивни компоненти в течна фаза, охлаждайки метала и предотвратявайки разтопяването на соплото. Опитът на Rocketdyne в разработката на подобни устройства и работата в областта на високотемпературната металургия беше полезен при разработването на технологията за използване на разтопена сол в слънчева електрическа станция.
Проектът Solar Two с мощност 10 МВт успешно функционира в продължение на няколко години и беше извън експлоатация през 1999 година, потвърдвайки жизнеспособността на идеята. Както признава самият Уилям Гулд, проектът имаше някои проблеми, които трябваше да се разрешат. Но основната технология, използвана в Solar Two, функционира и в съвременните станции като Crescent Dunes. Смес от нитратни соли и работните температури са идентични, различието е само в мащабите на станцията.
Предимството на технологията за използване на разтопена сол е, че тя позволява доставка на мощност при поискване, а не само когато слънцето свети. Солта може да задържа топлина в продължение на няколко месеца, така че понякога настъпващият облачен ден не влияе на наличността на електрическа енергия. Освен това, емисиите на електрическата станция са минимални и, разбира се, няма опасни отпадъци, създадени като страничен продукт на процеса.
Принципи на работа
Слънчевата електрическа централа използва 10 347 огледала (хелиостати), инсталирани на 647,5 хектара (това са над 900 футболни игрища), за да концентрира слънчевата светлина върху централна кула с височина 195 метра, пълна със солена "начинка". Тази сол се загрява от слънчевите лъчи до 565 °C, а топлината се съхранява и след това се използва за превръщане на водата в пара и за захранване на генераторите, произвеждащи електричество.
Огледалата се наричат хелиостати, тъй като всяко от тях може да се накланя и върти, за точно да насочва своя лъч светлина. Разположени в концентрични кръгове, те фокусират слънчевата светлина върху "приемник" в горната част на централната кула. Самата кула не свети, приемникът е матово черен на цвят. Ефектът на сияние се получава именно заради концентрацията на слънчевите лъчи, които загряват съда. Горещата сол се стича 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 захранване на стандартен турбогенератор. В резервоара има достатъчно разтопена сол, за да работи генераторът в течение на 10 часа. Това е 1100 мегаватчаса съхранение, или почти 10 пъти повече от най-големите системи с йонно-литиеви батерии, които са инсталирани за съхранение на възобновяема енергия.
Труден път
Въпреки обещаващостта на идеята, не може да се каже, че SolarReserve е постигнала успех. В много отношения компанията остана стартап. Въпреки това, бяха енергичен и ярък в много отношения. Защото първото, което ще видите, когато погледнете в посока на електрическата централа Crescent Dunes, е светлината. Толкова ярка, че е невъзможно да се гледа. Източник на светлината е 195-метровата кула, гордо издигаща се над пустинните територии на Невада, горе-долу по средата на пътя между малкия град Рино и Лас Вегас.
Как изглеждаше електрическата централа на различни етапи от строителството
2012 година, начало на строителството
2014 година, проектът е близо до приключване
Декември 2014, Crescent Dunes почти готова за експлоатация
Готова станция
На около час път с кола оттук се намира известната Зона 51, секретен военен обект, който това лято заплашваше интернет с атака, за да "спаси" извънземните от американското правителство. Такова съседство води до това, че туристите, 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 разберат, че това всъщност е просто слънчева електрическа станция, обградена от поле от огледала с ширина почти 3 км.
Строителството на Crescent Dunes започна през 2011 година благодарение на заеми от правителството и инвестиции от NV Energy, основната комунална компания в Невада. А самата електрическа станция беше завършена през 2015 година, около две години по-късно от планираното. Но и след построяването не всичко мина гладко. Например, през първите две години помпите и трансформаторите за хелиостати често се разваляха и не работеха правилно, тъй като бяха недостатъчно мощни. Затова изходната мощност на Crescent Dunes беше под планираната през първите години на експлоатация.
Имаше и още едно затруднение — с птиците. Попаднали под "прицела" на концентрираната слънчева светлина, нещастната птица . Според представители на SolarReserve, в техните електрически станции е успяно да се избегне редовната и масова "кремация" на птици. В сътрудничество с няколко национални организации е разработен специален план, който цели да смекчи всякакви потенциални заплахи за електрическата станция. Тази програма беше одобрена през 2011 година и е предназначена за намаляване на потенциалния риск за птиците и летящите мишки.
Но най-голямата проблем за Crescent Dunes стана теч в резервоара за съхранение на гореща сол, открит в края на 2016 година. Според технологията, гигантският пръстен, опиращ се на пилони на дъното на резервоара, разпределя разтопената сол, когато тя постъпва от приемника. Самите пилони трябваше да бъдат заварени за пода, а за пръстена е необходима възможност за изместване, тъй като измененията в температурата предизвикват разширение/свиване на материалите. Вместо това, заради грешка на инженерите, всичко това беше здраво заварено заедно. В резултат, при температурни промени, дъното на резервоара се изкривяваше и течеше.
Сама по себе утечка расплавленной соли не представлява особена опасност. При попадане на гравийния слой под резервоара, разтопената сол изпадна веднага, превръщайки се в сол. Въпреки това, спирането на електрическата станция се проточи с осем месеца. Изучаваха се причините за утечката, отговорните за инцидента, последствията от ЧП и други въпроси.
На това неприятностите на SolarReserve не свършват. Производителността на електрическата станция се оказа по-ниска от планираната през 2018 година, като средният коефициент на мощност бе 20.3% в сравнение с планирания коефициент на мощност от 51.9%. В резултат на това, Националната лаборатория за възобновяеми източници на енергия на САЩ (NREL) стартира 12-месечно проучване на разходите на проекта CSP, съсредоточавайки се върху проблемите с производителността и непредвидените разходи. В крайна сметка, компанията беше отсъдена и принудена да смени ръководството, а през 2019 г. дори беше принудена да признае своето .
Това все още не е краят.
Но дори и това не сложи край на развитието на технологията. Има аналогични проекти и в други държави. Например, подобни технологии се използват в слънчевия парк на името на Мохамед ибн Рашид Ал Мактум — най-голямата в света мрежа от слънчеви електрически станции, събрани на едно място в Дубай. Или да кажем, Мароко. Там има дори повече слънчеви дни, отколкото в САЩ, така че и ефективността на електрическата станция трябва да е по-висока. И първите резултати показват, че наистина е така.
Торната CSP Noor III мощност 150 МВт в Мароко надмина планираните показатели за производителност и запълване на хранилището в първите месеци на експлоатация. А разходите за финансиране на проектите за съхранение на енергия в аудиторията отговарят на очакваните прогнози, уверява Ксавие Лара, старши съветник на CSP в Инженерната група Empresarios Agrupados (EA).
Електрическата станция Noor III
Стартирана през декември миналата година, електрическата станция Noor III демонстрира забележителна производителност. Noor III, инсталирана от испанската SENER и китайската енергийна строителна корпорация SEPCO, е най-голямото в света работещо баштно съоръжение и второто по интеграция на технологията за съхранение на разтопена сол.
Експертите смятат, че надеждните ранни данни за производителността на Noor III относно производителността, гъвкавостта на генерирането и интеграцията на хранилища трябва да намалят проблемите с надеждността на CSP-кули и хранилищата и да намалят капителните разходи за бъдещите проекти. В Китай правителството вече обяви програма за изграждане на 6000 MW CSP с хранилище. SolarReserve си сътрудничи с държавната компания Shenhua Group, която изгражда електрически станции, работещи на въглища, за разработване на 1000 MW генериране на разтопена сол от CSP. Но дали ще изграждат такива кули-хранилища в бъдеще? Въпрос.
Въпреки това, буквално преди дни компанията Heliogen, собственост на Бил Гейтс, обяви за пробив в използването на концентрирана слънчева енергия. Heliogen успя да увеличи температурата от 565 °C на 1000 °C. Това открива възможност за използване на слънчева енергия в производството на цимент, стомана и нефтохимични продукти.
Какво още полезно може да прочетете в блога
→
→
→
→
→
Абонирайте се за нашия -канал, за да не изпуснете следващата статия! Публикуваме не по-често от два пъти седмично и само по същество. Също така напомняме, че можете да облачните решения Cloud4Y.
Само регистрирани потребители могат да участват в анкетата. , моля.
Станцията на течна сол е
Умирающа технология
Перспективно направление
Първоначално глупост
Свой вариант (в коментарите)
Гласуваха 97 потребители. Въздържаха се 36 потребители.
Източник: habr.com
