짠 태양 에너지

태양 에너지의 추출 및 사용은 에너지 측면에서 인류가 이룩한 가장 중요한 성과 중 하나입니다. 이제 가장 큰 어려움은 태양 에너지를 수집하는 것뿐만 아니라 저장 및 배포에 있습니다. 이 문제가 해결된다면 전통적인 화석연료 산업은 퇴출될 수 있습니다.

SolarReserve는 태양광 발전소에 용융염 사용을 제안하고 저장 문제에 대한 대안 솔루션을 연구하는 회사입니다. SolarReserve는 태양 에너지를 사용하여 전기를 생산한 다음 이를 태양 전지판에 저장하는 대신 열 저장 장치(타워)로 리디렉션하는 것을 제안합니다. 에너지 타워는 에너지를 받아 저장합니다. 용융염은 액체 형태로 유지되는 능력이 있어 이상적인 열 저장 매체입니다..

회사의 목표는 자사의 기술을 통해 태양 에너지를 (화석 연료 발전소와 마찬가지로) 566시간 내내 작동하는 저렴한 에너지원으로 만들 수 있음을 증명하는 것입니다. 집중된 햇빛은 타워의 소금을 XNUMX°C로 가열하며, 이 소금은 터빈을 가동하기 위한 증기를 생성하는 데 사용될 때까지 거대한 절연 탱크에 저장됩니다.

그러나, 우선 먼저.

처음

SolarReserve의 수석 기술자인 William Gould는 용융염 CSP(집광형 태양광 발전) 기술을 개발하는 데 20년 이상을 보냈습니다. 1990년대에 그는 모하비 사막에 있는 미국 에너지부 지원 Solar Two 실증 시설의 프로젝트 관리자였습니다. XNUMX년 전 그곳에서 구조가 테스트되었으며, 이를 통해 헬리오스타트를 사용한 상업용 에너지 생성 가능성에 대한 이론적 계산이 확인되었습니다. 굴드의 과제는 증기 대신 가열된 소금을 사용하는 유사한 설계를 개발하고 에너지가 보존될 수 있다는 증거를 찾는 것이었습니다.

용융염을 저장할 용기를 선택할 때 Gould는 전통적인 화석 연료 발전소 경험이 있는 보일러 제조업체와 NASA의 로켓 엔진을 만든 Rocketdyne이라는 두 가지 옵션 사이에서 고민했습니다. 로켓 과학자들에게 유리한 선택이 이루어졌습니다. 부분적으로는 Gould가 경력 초기에 건설 대기업인 Bechtel의 원자력 엔지니어로 일하면서 캘리포니아의 San Onofre 원자로에서 일했기 때문입니다. 그리고 그는 이보다 더 안정적인 기술을 찾지 못할 것이라고 믿었습니다.

뜨거운 가스가 빠져나가는 제트 엔진의 노즐은 실제로 두 개의 쉘(내부 및 외부)로 구성되며, 밀링된 채널의 연료 구성 요소가 액상으로 펌핑되어 금속을 냉각시키고 노즐이 녹는 것을 방지합니다. 유사한 장치를 개발하고 고온 야금 분야에서 작업한 Rocketdyne의 경험은 태양광 발전소에서 용융염을 사용하는 기술을 개발할 때 도움이 되었습니다.

10MW Solar Two 프로젝트는 수년 동안 성공적으로 운영되었으며 1999년에 폐기되어 아이디어의 실행 가능성이 확인되었습니다. William Gould 자신도 인정했듯이 이 프로젝트에는 해결해야 할 몇 가지 문제가 있었습니다. 하지만 Solar Two에 사용된 핵심 기술은 Crescent Dunes와 같은 현대식 관측소에서도 작동합니다. 질산염의 혼합물과 작동 온도는 동일하며 스테이션 규모에만 차이가 있습니다.

용융염 기술의 장점은 태양이 빛날 때만이 아니라 필요에 따라 전력을 공급할 수 있다는 것입니다. 소금은 몇 달 동안 열을 유지할 수 있으므로 가끔 흐린 날이 전기 가용성에 영향을 미치지 않습니다. 또한 발전소의 배출량은 최소화되며, 물론 공정의 부산물로 생성되는 유해 폐기물도 없습니다.

일의 원리

태양광 발전소는 10헥타르(축구장 347개 이상의 크기)에 퍼져 있는 647,5개의 거울(헬리오스타트)을 사용하여 소금으로 채워진 높이 900m의 중앙 타워에 햇빛을 집중시킵니다. 이 소금은 태양광선에 의해 195°C까지 가열되고 그 열은 저장되었다가 물을 증기로 변환하고 발전기를 가동하여 전기를 생산하는 데 사용됩니다.

거울은 빛의 광선을 정확하게 향하게 하기 위해 기울어지고 회전할 수 있기 때문에 헬리오스타트(heliostat)라고 불립니다. 동심원으로 배열되어 중앙 타워 꼭대기에 있는 "수신기"에 햇빛을 집중시킵니다. 타워 자체는 빛나지 않으며 수신기는 무광 검정색입니다. 글로우 효과는 용기를 가열하는 햇빛의 집중으로 인해 정확하게 발생합니다. 뜨거운 소금은 16mXNUMX 용량의 스테인리스 스틸 탱크로 흘러 들어갑니다.

헬리오스타트

이 온도에서 물처럼 보이고 흐르는 소금은 열 교환기를 통과하여 표준 터보 발전기를 작동시키는 증기를 생성합니다. 탱크에는 발전기를 10시간 동안 가동하기에 충분한 용융염이 들어 있습니다. 이는 1100메가와트시 저장 용량에 해당하며, 이는 재생 에너지를 저장하기 위해 설치된 가장 큰 리튬 이온 배터리 시스템보다 거의 10배 더 많은 것입니다.

어려운 길

아이디어의 가능성에도 불구하고 SolarReserve는 성공을 거두었다고 말할 수 없습니다. 여러 면에서 회사는 스타트업으로 남아있었습니다. 스타트업은 모든 면에서 활기차고 밝지만요. 결국 Crescent Dunes 발전소를 바라볼 때 가장 먼저 보이는 것은 빛입니다. 너무 밝아서 볼 수 없습니다. 빛의 원천은 리노라는 작은 마을과 라스베거스의 중간쯤 되는 네바다주의 사막 지역 위로 자랑스럽게 솟아 있는 195m 높이의 타워입니다.

건설의 여러 단계에서 발전소의 모습
2012년, 착공

2014년, 프로젝트가 거의 완료되었습니다.

2014년 XNUMX월, Crescent Dunes를 사용할 준비가 거의 완료되었습니다.

준비 스테이션

여기에서 차로 약 51시간 거리에 유명한 3구역이 있습니다. 이 비밀 군사 시설은 올 여름 미국 정부의 손에서 외계인을 "구출"하기 위해 인터넷 전체가 습격하겠다고 위협한 곳입니다. 이러한 근접성으로 인해 비정상적으로 밝은 빛을 보는 여행자는 때때로 지역 주민들에게 특이한 것 또는 심지어 외계인을 목격했는지 묻습니다. 그리고 그들은 이것이 거의 XNUMXkm 너비의 거울 필드로 둘러싸인 태양광 발전소일 뿐이라는 사실을 알고 진심으로 화를 냈습니다.

Crescent Dunes의 건설은 정부의 대출과 네바다의 주요 유틸리티 회사인 NV Energy의 투자로 2011년에 시작되었습니다. 그리고 발전소는 계획보다 약 2015년 늦은 XNUMX년에 준공됐다. 하지만 공사가 끝난 뒤에도 모든 일이 순조롭게 진행된 것은 아니다. 예를 들어, 처음 XNUMX년 동안에는 충분히 강력하지 않은 헬리오스타트용 펌프와 변압기가 자주 고장나 제대로 작동하지 않았습니다. 따라서 Crescent Dunes의 전력 출력은 운영 초기 계획보다 낮았습니다.

새들에게는 또 다른 어려움이있었습니다. 집중된 햇빛의 "시야"에 빠진 불행한 새 먼지로 변했다. SolarReserve의 대표자들에 따르면, 그들의 발전소는 새들의 정기적이고 대량의 "화장"을 피했습니다. 발전소에 대한 잠재적 위협을 완화하기 위해 여러 국가 기관과 협력하여 특별 계획이 개발되었습니다. 이 프로그램은 2011년에 승인되었으며 새와 박쥐에 대한 잠재적인 위험을 줄이기 위해 고안되었습니다.

하지만 크레센트 듄스의 가장 큰 문제는 2016년 말 발견된 뜨거운 소금 저장탱크의 누수였다. 이 기술은 탱크 바닥에 있는 철탑으로 지지되는 거대한 링을 사용하여 용융염이 용기에서 흘러나올 때 분배합니다. 파일런 자체는 바닥에 용접되어야 했고, 링은 온도 변화로 인해 재료가 팽창/수축함에 따라 움직일 수 있어야 했습니다. 대신 엔지니어의 실수로 인해 모든 것이 단단히 용접되었습니다. 그 결과, 온도 변화에 따라 탱크 바닥이 처지고 누출되었습니다.

용융염 자체의 누출은 특별히 위험하지 않습니다. 탱크 아래의 자갈층에 부딪히자 용융물은 즉시 냉각되어 소금으로 변했습니다. 그러나 발전소 폐쇄는 XNUMX개월째 계속됐다. 누출 원인, 사고 책임자, 비상 결과 및 기타 문제를 연구했습니다.

SolarReserve의 문제는 여기서 끝나지 않았습니다. 2018년 발전소 성능은 계획 용량 계수 20,3%에 비해 평균 용량 계수는 51,9%로 목표보다 떨어졌습니다. 이에 따라 미국 국립 재생 에너지 연구소(NREL)는 12개월간 비용 연구를 시작했습니다. 성능 문제와 예상치 못한 비용에 초점을 맞춘 프로젝트 CSP입니다. 그 결과 회사는 처음으로 고소를 당하고 경영진 교체를 강요당했으며, 2019년에는 완전히 자신의 사실을 인정해야 했습니다. 파산.

아직 끝나지 않았어

그러나 이것으로도 기술의 발전이 끝나지는 않았습니다. 결국 다른 나라에도 비슷한 프로젝트가 있습니다. 예를 들어, 유사한 기술이 두바이의 단일 공간에 통합된 세계 최대의 태양광 발전소 네트워크인 Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park에서 사용됩니다. 아니면 모로코라고 해보세요. 미국보다 맑은 날이 훨씬 많기 때문에 발전소의 효율은 더 높아야 합니다. 그리고 첫 번째 결과는 이것이 사실임을 보여줍니다.

모로코의 150MW CSP Noor III 타워는 운영 첫 몇 달 만에 성능 및 저장 용량 목표를 초과했습니다. 그리고 CSP 엔지니어링 그룹 Empresarios Agrupados(EA)의 수석 컨설턴트인 Xavier Lara는 타워 에너지 저장 프로젝트 자금 조달 비용이 예상 예측과 일치한다고 확신합니다.

누르 III 발전소



지난해 XNUMX월 시운전을 마친 누르 III 발전소는 눈부신 성능을 보여줬다. 스페인의 SENER와 중국의 에너지 건설 기업 SEPCO가 설치한 Noor III는 세계 최대 운영 타워 플랜트이자 용융염 저장 기술을 통합한 두 번째 플랜트입니다.

전문가들은 성능, 세대 유연성 및 스토리지 통합에 대한 Noor III의 강력한 초기 성능 데이터가 CSP 타워 및 스토리지 신뢰성 문제를 줄이고 향후 프로젝트의 자본 비용을 낮춰야 한다고 믿습니다. 중국에서는 정부가 이미 저장 시설을 갖춘 6000MW의 CSP를 생성하는 프로그램을 발표했습니다. SolarReserve는 석탄 화력 발전소를 건설하는 국영 Shenhua Group과 협력하여 1000MW 규모의 CSP 용융염 발전을 개발하고 있습니다. 그런데 그러한 저장탑이 계속 건설될 것인가? 질문.

그러나 얼마 전 Bill Gates가 소유한 Heliogen 회사는 집중된 태양 에너지 사용에 대한 획기적인 발표를 했습니다. 헬리오겐은 온도를 565°C에서 1000°C로 높일 수 있었습니다. 따라서 시멘트, 철강, 석유화학 제품 생산에 태양에너지를 활용할 수 있는 가능성이 열리고 있습니다.

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