Het winnen en gebruiken van zonne-energie is een van de belangrijkste prestaties van de mens op het gebied van energie. De grootste uitdaging ligt tegenwoordig niet zozeer in het verzamelen van zonne-energie, maar in de opslag en distributie ervan. Als deze kwestie kan worden opgelost, kunnen traditionele bedrijven die op fossiele brandstoffen werken met pensioen worden gestuurd.
SolarReserve is een bedrijf dat gebruik maakt van gesmolten zout in zonne-energiecentrales en werkt aan alternatieve oplossingen voor opslagproblemen. In plaats van zonne-energie te gebruiken voor het opwekken van elektriciteit en deze op te slaan in zonnepanelen, stelt SolarReserve voor om deze om te leiden naar thermische opslag (torens). De energie-toren zal energie ontvangen en opslaan. Het vermogen van gesmolten zout om in vloeibare vorm te blijven, maakt het een ideaal medium voor thermische opslag.
De taak van het bedrijf is om te bewijzen dat hun technologie zonne-energie een beschikbaar energiebronnen kan maken die 24/7 werkt (zoals bij elke energiecentrale die op fossiele brandstoffen draait). Geconcentreerd zonlicht verwarmt zout in de toren tot 566 °C, en het wordt opgeslagen in een gigantische geïsoleerde tank totdat het nodig is om stoom te genereren voor het aandrijven van een turbine.
Laten we echter alles stap voor stap doornemen.
Inleiding
William Gould, de hoofdingenieur van SolarReserve, heeft meer dan 20 jaar besteed aan het ontwikkelen van CSP-technologie (concentrated solar power) met gesmolten zout. In de jaren '90 was hij de projectleider van de demonstratiefaciliteit Solar Two, die werd gebouwd met de steun van het Amerikaanse ministerie van Energie in de Mojave-woestijn. Een decennium eerder werd daar dezelfde locatie getest, die de theoretische berekeningen bevestigde over de mogelijkheid van commerciële energieproductie met behulp van heliostaten. Gould's taak was om een vergelijkbaar project te ontwikkelen, waarin in plaats van stoom, verwarmd zout werd gebruikt en ook om te bewijzen dat energie kan worden opgeslagen.
Bij het kiezen van de opslagcapaciteit voor gesmolten zout, twijfelde Gould tussen twee opties: een ketelproducent met ervaring in traditionele elektriciteitscentrales die op fossiele brandstoffen draaien, en Rocketdyne, een bedrijf dat raketmotoren voor NASA produceerde. De keuze viel op de raketbouwers. Dit kwam deels doordat Gould aan het begin van zijn carrière als kerningenieur werkte bij het enorme bouwbedrijf Bechtel, dat betrokken was bij de Californische reactors van San Onofre. Hij geloofde dat hij geen betrouwbaardere technologie zou vinden.
De mond van de raketmotor, waaruit hete gassen ontsnappen, bestaat eigenlijk uit twee schalen (een binnen- en een buitenschaal), waarin gefreesde kanalen de brandstofcomponenten in vloeibare fase circuleren, waardoor het metaal afgekoeld blijft en de mond niet kan smelten. De ervaring van Rocketdyne in de ontwikkeling van dergelijke apparaten en in de hoogtemperatuurmetallurgie kwam goed van pas bij de ontwikkeling van de technologie voor het gebruik van gesmolten zout in zonne-energiecentrales.
Het Solar Two-project met een vermogen van 10 MW functioneerde enkele jaren met succes en werd in 1999 buiten gebruik gesteld, wat de levensvatbaarheid van het idee bevestigde. Zoals William Gould zelf toegeeft, had het project enkele problemen die opgelost moesten worden. Maar de principale technologie die in Solar Two werd gebruikt, werkt ook in moderne stations zoals Crescent Dunes. De mix van nitraatzouten en werktemperaturen zijn identiek, het enige verschil is de schaal van het station.
Het voordeel van de technologie voor het gebruik van gesmolten zout is dat deze in staat is om energie op aanvraag te leveren, en niet alleen wanneer de zon schijnt. Zout kan warmte gedurende enkele maanden opslaan, waardoor soms een bewolkte dag geen invloed heeft op de beschikbaarheid van elektriciteit. Bovendien zijn de emissies van de elektriciteitscentrale minimaal, en er zijn natuurlijk geen gevaarlijke afvalstoffen die als bijproduct van het proces worden gecreëerd.
De werkprincipes
Het zonne-energiecentrum maakt gebruik van 10.347 spiegels (heliostaten), die zijn geïnstalleerd op 647,5 hectare (meer dan 900 voetbalvelden), om zonlicht te concentreren op een centrale toren van 195 meter hoog, gevuld met zoute 'vulling'. Dit zout wordt verwarmd door zonnestralen tot 565 °C, en de warmte wordt opgeslagen en vervolgens gebruikt om water om te zetten in stoom en om de generatoren aan te drijven die elektriciteit opwekken.
De spiegels worden heliostaten genoemd omdat elk van hen kan hellen en draaien om zijn lichtstraal nauwkeurig te richten. Gelegen in concentrische cirkels, richten ze het zonlicht op de 'ontvanger' bovenaan de centrale toren. De toren zelf straalt niet, de ontvanger heeft een matte zwarte kleur. Het lichtgevende effect ontstaat precies door de concentratie van zonnestralen die de container opwarmt. Heet zout stroomt in een roestvrijstalen tank van 16.000 m³.
Heliostat
Zout, dat bij deze temperaturen eruitziet en stroomt als water, gaat door een warmtewisselaar om stoom te produceren voor de werking van een standaard turbinesgenerator. In de tank bevindt zich genoeg gesmolten zout om de generator gedurende 10 uur te laten draaien. Dit komt overeen met 1.100 megawatt-uur opslag, of bijna 10 keer zoveel als de grootste ionen-lithiumbatterijen die zijn geïnstalleerd voor opslag van hernieuwbare energie.
De moeilijke weg
Ondanks de veelbelovende invalshoek kan niet worden gezegd dat SolarReserve succesvol is geweest. In veel opzichten bleef het bedrijf een start-up. Al was het een energieke en levendige start-up in alle opzichten. Want het eerste wat je ziet als je naar het Crescent Dunes energiecentrum kijkt, is het licht. Zo fel dat je er niet recht naar kunt kijken. De bron van het licht is de 195 meter hoge toren, die trots oprijst boven de woestijngebieden van Nevada, ongeveer halverwege tussen het kleine stadje Reno en Las Vegas.
Hoe de energiecentrale eruitzag in verschillende fasen van de bouw
2012, begin van de bouw
2014, project is bijna afgerond
December 2014, Crescent Dunes bijna klaar voor gebruik
Klaar station
Op ongeveer een uur rijden hier vandaan ligt het beroemde Area 51, een geheime militaire basis die deze zomer door internetgebruikers werd bedreigd met een bestorming om ‘buitenlanders’ uit handen van de Amerikaanse overheid te ‘redden’. Deze nabijheid leidt ertoe dat reizigers die een ongewoon fel licht zien vaak aan de lokale bevolking vragen of ze misschien getuige zijn geweest van iets ongewonens of zelfs buitenaards. En dan zijn ze oprecht teleurgesteld als ze horen dat het slechts een zonne-energiecentrale is, omgeven door een veld van spiegels van bijna 3 km breed.
De bouw van Crescent Dunes begon in 2011 dankzij leningen van de overheid en investeringen van NV Energy, de belangrijkste nutsmaatschappij van Nevada. De energiecentrale werd echter pas in 2015 voltooid, ongeveer twee jaar later dan gepland. Maar ook na de bouw verliep niet alles soepel. Zo waren in de eerste twee jaar de pompen en transformatoren voor de heliostaten vaak kapot en functioneerden ze niet goed omdat ze niet krachtig genoeg waren. Hierdoor was de uitvoer van stroom bij Crescent Dunes in de eerste jaren van de operatie lager dan gepland.
Er was ook nog een ander probleem - met vogels. Wanneer ze in de 'lijn' van geconcentreerd zonlicht kwamen, veranderde de ongelukkige vogel . Volgens vertegenwoordigers van SolarReserve is het hen gelukt om regelmatige en massale 'crematie' van vogels te voorkomen. Samen met verschillende nationale organisaties werd een speciaal plan ontwikkeld om eventuele potentiële bedreigingen voor de energiecentrale te mitigeren. Dit programma werd in 2011 goedgekeurd en is bedoeld om het potentiële risico voor vogels en vleermuizen te verminderen.
Maar het grootste probleem voor Crescent Dunes was een lek in het opslagtank voor hete zout, ontdekt eind 2016. Volgens de technologie distribueert een gigantische ring, ondersteund door pylonen op de bodem van het reservoir, de gesmolten zout terwijl het binnenkomt vanuit de ontvanger. De pylonen moesten aan de bodem worden gelast, en de ring moest de mogelijkheid hebben om te verschuiven, omdat temperatuurveranderingen expansie/samentrekking van materialen veroorzaken. In plaats daarvan, vanwege een fout van de ingenieurs, was dit alles stevig aan elkaar gelast. Als gevolg hiervan boog de bodem van het reservoir door temperatuurveranderingen en lekte het.
De lekkage van gesmolten zout is op zich niet bijzonder gevaarlijk. Toen het op de grindlaag onder het reservoir terechtkwam, was het gesmolten zout direct afgekoeld en veranderd in zout. Desondanks duurde de stillegging van de elektriciteitscentrale acht maanden. De oorzaken van de lekkage, de verantwoordelijken voor het voorval, de gevolgen van het ongeval en andere kwesties werden bestudeerd.
Maar de problemen voor SolarReserve eindigden hier niet. De prestaties van de elektriciteitscentrale waren in 2018 lager dan gepland, met een gemiddelde capaciteit van 20,3% in plaats van de geplande 51,9%. Dit leidde ertoe dat het nationale laboratorium voor hernieuwbare energie in de Verenigde Staten (NREL) een 12 maanden durend onderzoek naar de kosten van het CSP-project begon, gericht op prestatietekorten en onvoorziene kosten. Uiteindelijk werd er eerst een rechtszaak tegen het bedrijf aangespannen, wat leidde tot een verandering van het management, en in 2019 werd het gedwongen om faillissement aan te vragen. .
Dit is nog niet het einde
Maar zelfs dit heeft de ontwikkeling van de technologie niet stopgezet. Er zijn immers soortgelijke projecten in andere landen. Zo worden soortgelijke technologieën gebruikt in het Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park — het grootste ter wereld, waar zonne-energiecentrales zijn samengevoegd in één ruimte in Dubai. Of bijvoorbeeld Marokko. Daar zijn nog meer zonnige dagen dan in de VS, dus de efficiëntie van de energiecentrale zou hoger moeten zijn. De eerste resultaten tonen aan dat dit inderdaad het geval is.
De CSP-toren Noor III met een capaciteit van 150 MW in Marokko heeft in de eerste maanden van de exploitatie de geplande prestatienormen en de opslagcapaciteit overschreden. De financieringskosten voor de energieopslagprojecten in de toren komen overeen met de verwachte prognoses, verzekert Xavier Lara, senior consultant CSP bij Ingenieursgroep Empresarios Agrupados (EA).
Energiecentrale Noor III
In december van het afgelopen jaar gelanceerd, toont de Noor III-centrale uitstekende prestaties. Noor III, geïnstalleerd door de Spaanse SENER en de Chinese energiebouwcorporatie SEPCO, is de grootste operationele torencentrale ter wereld en de op een na grootste in de integratie van gesmolten zoutopslagtechnologie.
Experts believe that reliable early data on the performance of Noor III regarding performance, generation flexibility, and storage integration should reduce reliability issues with CSP towers and storage, and lower capital costs for future projects. In China, the government has already announced a program to create 6000 MW CSP with storage. SolarReserve is partnering with the state-owned Shenhua Group, which is involved in building coal-fired power plants, to develop 1000 MW of molten salt CSP generation. But will such storage towers be built further? The question remains.
However, just the other day, Heliogen, owned by Bill Gates, announced its breakthrough in using concentrated solar energy. Heliogen was able to raise the temperature from 565 °C to 1000 °C, thereby opening up the possibility of using solar energy in the production of cement, steel, and petrochemical products.
What else useful can you read in the blog
→
→
→
→
→
Subscribe to our -channel so you don't miss the next article! We write no more than twice a week and only when necessary. We also remind you that you can Cloud4Y cloud solutions for free.
Alleen geregistreerde gebruikers kunnen deelnemen aan de enquête. , alstublieft.
A power plant using liquid salt is
An obsolete technology
A promising direction
Originally nonsense
Your option (in the comments)
97 users voted. 36 users abstained.
Bron: habr.com
