Die Gewinnung und Nutzung von Sonnenenergie ist eines der wichtigsten Errungenschaften der Menschheit in Bezug auf die Energieversorgung. Die Hauptschwierigkeit besteht jetzt nicht mehr darin, Sonnenenergie zu sammeln, sondern sie zu speichern und zu verteilen. Wenn es gelingt, dieses Problem zu lösen, könnten traditionelle Unternehmen, die auf fossile Brennstoffe angewiesen sind, in den Ruhestand gehen.
SolarReserve ist ein Unternehmen, das den Einsatz von geschmolzenem Salz in Solarkraftwerken anbietet und an alternativen Lösungen für Speicherprobleme arbeitet. Anstatt Sonnenenergie zur Stromerzeugung zu nutzen und sie dann in Solarbatterien zu speichern, schlägt SolarReserve vor, diese Energie auf thermische Speicher (Türme) umzuleiten. Der Energieturm wird die Energie empfangen und speichern. Die Fähigkeit von geschmolzenem Salz, flüssig zu bleiben, macht es zu einem perfekten Medium für die thermische Speicherung.
Die Aufgabe des Unternehmens ist es, zu beweisen, dass seine Technologie Sonnenenergie zu einer jederzeit verfügbaren Energiequelle machen kann (wie bei jedem Kraftwerk, das mit fossilen Brennstoffen betrieben wird). Konzentrierte Sonnenstrahlung erhitzt im Turm das Salz auf 566 °C, und es wird in einem riesigen isolierten Tank gespeichert, bis es zur Dampferzeugung zur Betreibung einer Turbine verwendet wird.
Doch alles der Reihe nach.
Einleitung
Der Cheftechnologe von SolarReserve, William Gould, hat über 20 Jahre in die Entwicklung der CSP-Technologie (konzentrierte Solarenergie) mit geschmolzenem Salz investiert. In den 1990er Jahren war er Projektleiter der Demonstrationsanlage Solar Two, die mit Unterstützung des US-Energieministeriums in der Mojave-Wüste gebaut wurde. Ein Jahrzehnt zuvor wurde dort bereits eine Struktur getestet, die die theoretischen Berechnungen zur kommerziellen Stromerzeugung mit Hilfe von Heliostaten bestätigte. Goulds Aufgabe bestand darin, ein ähnliches Projekt zu entwickeln, bei dem anstelle von Dampf erhitztes Salz verwendet wird, sowie Beweise zu finden, dass die Energie gespeichert werden kann.
Bei der Auswahl eines Behälters zur Speicherung von geschmolzenem Salz schwankte Gould zwischen zwei Optionen: einem Hersteller von Kesseln mit Erfahrung in traditionellen Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, und dem Unternehmen Rocketdyne, das Raketentriebwerke für die NASA herstellte. Die Wahl fiel zugunsten der Raketentechniker. Teilweise, weil Gould zu Beginn seiner Karriere als Nuklearingenieur bei dem riesigen Bauunternehmen Bechtel tätig war, das an den kalifornischen Reaktoren von San Onofre arbeitete. Und er war der Meinung, dass er keine zuverlässigere Technologie finden würde.
Die Düse des Raketentriebwerks, aus der heiße Gase austreten, besteht tatsächlich aus zwei Hüllrohren (einem inneren und einem äußeren), in deren gefrästen Kanälen die Treibstoffkomponenten in flüssiger Phase zirkulieren, um das Metall zu kühlen und die Düse vor dem Schmelzen zu bewahren. Die Erfahrung von Rocketdyne in der Entwicklung ähnlicher Geräte und in der Hochtemperatureisenverarbeitung war bei der Entwicklung der Technologie zur Verwendung von geschmolzenem Salz in Solarenergieanlagen hilfreich.
Das Projekt Solar Two mit einer Leistung von 10 MW funktionierte mehrere Jahre erfolgreich und wurde 1999 stillgelegt, was die Lebensfähigkeit der Idee bestätigte. Wie William Gould selbst zugibt, gab es einige Probleme mit dem Projekt, die gelöst werden mussten. Aber die Haupttechnologie, die in Solar Two verwendet wurde, funktioniert auch in modernen Anlagen wie Crescent Dunes. Die Mischung aus Nitratsalzen und die Betriebstemperaturen sind identisch, der einzige Unterschied liegt in dem Maßstab der Anlage.
Der Vorteil der Technologie zur Nutzung von geschmolzenem Salz besteht darin, dass sie eine bedarfsgerechte Stromversorgung ermöglicht, und nicht nur, wenn die Sonne scheint. Das Salz kann Wärme über Monate speichern, sodass ein gelegentlich bewölkter Tag die Verfügbarkeit von Elektrizität nicht beeinträchtigt. Darüber hinaus sind die Emissionen des Kraftwerks minimal, und es entstehen natürlich keine gefährlichen Abfälle als Nebenprodukt des Prozesses.
Arbeitsprinzipien
Das solarbetriebene Kraftwerk nutzt 10.347 Spiegel (Heliostaten), die auf 647,5 Hektar (das sind über 900 Fußballfelder) installiert sind, um das Sonnenlicht auf einen 195 Meter hohen Turm zu konzentrieren, der mit einer salzartigen "Füllung" gefüllt ist. Dieses Salz wird durch die Sonnenstrahlen auf 565 °C erhitzt, und die Wärme wird gespeichert und dann verwendet, um Wasser in Dampf umzuwandeln und Generatoren für die Stromerzeugung zu betreiben.
Die Spiegel werden Heliostaten genannt, da jeder von ihnen neigen und sich drehen kann, um seinen Lichtstrahl genau zu fokussieren. In konzentrischen Kreisen angeordnet, konzentrieren sie das Sonnenlicht auf den "Empfänger" an der Spitze des zentralen Turms. Der Turm selbst leuchtet nicht, der Empfänger hat eine matt-schwarze Farbe. Der Lichteffekt entsteht durch die Konzentration der Sonnenstrahlen, die das Behälter erhitzen. Heißes Salz fließt in einen 16.000 m³ fassenden Edelstahlbehälter.
Heliostat
Das Salz, das bei diesen Temperaturen aussieht und fließt wie Wasser, passiert den Wärmetauscher, um Dampf für den Betrieb eines Standard-Turbogenerators zu erzeugen. Im Tank befindet sich genug geschmolzenes Salz, um den Generator für 10 Stunden zu betreiben. Das entspricht 1.100 Megawattstunden Speicherkapazität, was fast 10 Mal mehr ist als die größten Lithium-Ionen-Batteriesysteme, die zur Speicherung erneuerbarer Energien installiert wurden.
Schwerer Weg
Trotz der vielversprechenden Idee kann man nicht sagen, dass SolarReserve erfolgreich war. In vielerlei Hinsicht blieb das Unternehmen ein Startup. Obwohl es ein energiegeladenes und lebhaftes Startup in jeder Hinsicht war. Denn das Erste, was Sie sehen, wenn Sie in Richtung des Crescent Dunes-Kraftwerks blicken, ist das Licht. So hell, dass man nicht hineinschauen kann. Die Lichtquelle ist der 195 Meter hohe Turm, der stolz über den Wüstengebieten von Nevada thront, etwa auf halbem Weg zwischen der kleinen Stadt Reno und Las Vegas.
So sah das Kraftwerk in verschiedenen Bauphasen aus
2012, Baubeginn
2014, das Projekt ist fast abgeschlossen
Dezember 2014, Crescent Dunes fast betriebsbereit
Fertige Anlage
Etwa eine Stunde von hier entfernt liegt die berühmte Area 51, eine geheime militärische Einrichtung, die diesen Sommer im Internet zum Sturm aufgerufen wurde, um "Außerirdische" aus den Händen der amerikanischen Regierung zu "retten". Eine solche Nachbarschaft führt dazu, dass Reisende, die ein ungewöhnlich helles Licht gesehen haben, manchmal die einheimische Bevölkerung fragen, ob sie Zeugen von etwas Ungewöhnlichem oder sogar Außerirdischem geworden sind. Und dann sind sie aufrichtig enttäuscht zu erfahren, dass es sich nur um ein Solarenergie-Kraftwerk handelt, das von einem fast 3 km breiten Spiegelfeld umgeben ist.
Der Bau von Crescent Dunes begann im Jahr 2011 dank Krediten der Regierung und Investitionen von NV Energy, dem größten Versorgungsunternehmen in Nevada. Das Kraftwerk wurde 2015 fertiggestellt, etwa zwei Jahre später als geplant. Doch auch nach der Fertigstellung gab es Schwierigkeiten. In den ersten beiden Jahren waren die Pumpen und Transformatoren für die Heliostaten oft defekt oder funktionierten nicht ordnungsgemäß, da sie nicht ausreichend leistungsfähig waren. Daher war die Output-Leistung bei Crescent Dunes in den ersten Betriebsjahren geringer als geplant.
Eine weitere Herausforderung bestand in den Vögeln. Wenn sie unter das „Ziel“ des konzentrierten Sonnenlichts gerieten, wurde der unglückliche Vogel . Laut den Vertretern von SolarReserve gelang es, regelmäßige und massenhafte "Kremierungen" von Vögeln in ihren Kraftwerken zu vermeiden. Gemeinsam mit mehreren nationalen Organisationen wurde ein spezieller Plan entwickelt, um potenzielle Gefahren für das Kraftwerk zu mindern. Dieses Programm wurde 2011 genehmigt und soll das potenzielle Risiko für Vögel und Fledermäuse reduzieren.
Das größte Problem für Crescent Dunes war jedoch ein Leck im Lagerbehälter für heißes Salz, das Ende 2016 entdeckt wurde. Gemäß der Technologie verteilt ein riesiger Ring, der auf Stützen am Boden des Behälters ruht, das geschmolzene Salz, während es aus dem Empfänger fließt. Die Stützen sollten am Boden befestigt werden, während der Ring Spielraum für Bewegungen benötigt, da Temperaturänderungen zu einer Ausdehnung/Verengung der Materialien führen. Stattdessen wurden aus einem Fehler der Ingenieure all diese Teile fest miteinander verschweißt. Das Ergebnis war, dass sich der Boden des Behälters bei Temperaturschwankungen verbog und undicht wurde.
An sich stellt das Auslaufen von geschmolzenem Salz keine besondere Gefahr dar. Beim Kontakt mit der Schicht aus Kies unter dem Behälter kühlte das geschmolzene Salz sofort ab und verwandelte sich in Salz. Dennoch zog sich die Stilllegung des Kraftwerks über acht Monate hin. Es wurden die Ursachen des Lecks, die dafür Verantwortlichen, die Folgen des Vorfalls und weitere Fragen untersucht.
Damit sind die Probleme von SolarReserve noch lange nicht vorbei. Die Leistung des Kraftwerks war 2018 niedriger als geplant, wobei der durchschnittliche Leistungsfaktor bei 20,3 % im Vergleich zum geplanten Leistungsfaktor von 51,9 % lag. Infolgedessen begann das National Renewable Energy Laboratory der USA (NREL) eine 12-monatige Untersuchung zu den Kosten des CSP-Projekts und konzentrierte sich auf die Leistungsprobleme und unvorhergesehenen Ausgaben. In der Folge wurde zunächst Klage gegen das Unternehmen erhoben und die Unternehmensführung gewechselt, und 2019 wurde es sogar gezwungen, seine .
Das ist noch nicht das Ende.
Doch selbst das hat die Entwicklung der Technologie nicht aufgehalten. Immerhin gibt es ähnliche Projekte in anderen Ländern. So werden in der Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park ähnliche Technologien eingesetzt – dem größten Solarpark der Welt, der in Dubai in einem einzigen Raum zusammengefasst ist. Oder zum Beispiel in Marokko. Dort gibt es noch mehr Sonnentage als in den USA, weshalb die Effizienz des Kraftwerks höher sein sollte. Die ersten Ergebnisse zeigen, dass dies tatsächlich der Fall ist.
Der CSP-Turm Noor III mit einer Kapazität von 150 MW in Marokko übertraf in den ersten Monaten der Inbetriebnahme die geplanten Leistungs- und Speicherfüllungsziele. Die Finanzierungskosten für die Energiespeicherprojekte im Turm entsprechen den erwarteten Prognosen, versichert Xavier Lara, leitender Berater der CSP Ingenieursgruppe Empresarios Agrupados (EA).
Kraftwerk Noor III
Das im Dezember des vergangenen Jahres in Betrieb genommene Kraftwerk Noor III zeigt eine bemerkenswerte Leistung. Noor III, das von der spanischen SENER und der chinesischen Energie-Baugesellschaft SEPCO installiert wurde, ist das größte in Betrieb befindliche Turmwerk der Welt und das zweite in Bezug auf die Integration der Technologie zur Speicherung von geschmolzenem Salz.
Experten sind der Meinung, dass verlässliche frühe Daten zur Leistung von Noor III hinsichtlich Effizienz, Erzeugungsflexibilität und Speicherintegration die Probleme mit der Zuverlässigkeit von CSP-Türmen und Speichern verringern und die Kapitalkosten für zukünftige Projekte senken sollten. In China hat die Regierung bereits ein Programm zur Errichtung von 6000 MW CSP mit Speicher angekündigt. SolarReserve arbeitet mit dem staatlichen Unternehmen Shenhua Group zusammen, das sich mit dem Bau von Kohlekraftwerken beschäftigt, um 1000 MW an geschmolzenem Salzkraftwerken zu entwickeln. Aber wird man solche Speicher-Türme weiterhin bauen? Die Frage.
Kürzlich hat das Unternehmen Heliogen, das Bill Gates gehört, einen Durchbruch in der Nutzung konzentrierter Sonnenenergie angekündigt. Heliogen konnte die Temperatur von 565 °C auf 1000 °C erhöhen. Damit eröffnen sich Möglichkeiten für die Nutzung von Sonnenenergie in der Produktion von Zement, Stahl und petrochemischen Erzeugnissen.
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Ein Kraftwerk mit flüssigem Salz ist
eine sterbende Technologie
eine vielversprechende Richtung
anfänglich Unsinn
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Quelle: habr.com
