Wydobycie i wykorzystanie energii słonecznej to jedno z najważniejszych osiągnięć ludzkości w zakresie energetyki. Główna trudność polega obecnie nie tylko na zbieraniu energii słonecznej, ale na jej przechowywaniu i dystrybucji. Jeśli uda się rozwiązać ten problem, tradycyjne elektrownie opalane paliwami kopalnymi będą mogły przejść na emeryturę.
SolarReserve to firma, która proponuje wykorzystanie stopionego soli w elektrowniach słonecznych i pracuje nad alternatywnym rozwiązaniem problemów z przechowywaniem energii. Zamiast wykorzystywać energię słoneczną do wytwarzania energii elektrycznej i późniejszego przechowywania jej w panelach słonecznych, SolarReserve proponuje skierowanie jej do akumulatorów cieplnych (wież). Wieża energetyczna będzie zbierać i przechowywać energię. Zdolność stopionego soli do pozostawania w stanie ciekłym czyni ją idealnym nośnikiem do termalnego przechowywania.
Celem firmy jest pokazanie, że jej technologia może uczynić energię słoneczną dostępnym źródłem energii, pracującym przez całą dobę (jak każda elektrownia opalana paliwami kopalnymi). Skoncentrowane światło słoneczne podgrzewa sól w wieży do 566 °C, a następnie jest przechowywana w gigantycznym izolowanym zbiorniku, aż będzie wykorzystana do wytworzenia pary, która uruchomi turbinę.
Jednakże wszystko po kolei.
Początek
Główny technolog SolarReserve, William Gould, spędził ponad 20 lat na rozwijaniu technologii CSP (koncentrowanej energii słonecznej) z użyciem stopionej soli. W latach 90-tych był kierownikiem projektu demonstracyjnej instalacji Solar Two, zbudowanej przy wsparciu Departamentu Energii USA na pustyni Mojave. Dekadę wcześniej testowano tam konstrukcję, która potwierdziła teoretyczne obliczenia dotyczące możliwości komercyjnej produkcji energii za pomocą heliostatów. Zadaniem Goulda było opracowanie podobnego projektu, w którym zamiast pary wykorzystuje się podgrzaną sól, a także znalezienie dowodów na to, że energia może być magazynowana.
Wybierając pojemność do przechowywania stopionej soli, Gould wahał się między dwoma opcjami: producentem kotłów z doświadczeniem w pracy w tradycyjnych elektrowniach zasilanych paliwami kopalnymi a firmą Rocketdyne, która produkuje silniki rakietowe dla NASA. Wybór padł na konstruktorów rakiet. Częściowo dlatego, że na początku swojej kariery Gould pracował jako inżynier jądrowy w gigantycznej firmie budowlanej Bechtel, zajmującej się kalifornijskimi reaktorami San Onofre. Uważał, że nie znajdzie bardziej niezawodnej technologii.
Dysza silnika rakietowego, z której wydostają się gorące gazy, składa się tak naprawdę z dwóch osłon (wewnętrznej i zewnętrznej), w wyfrezowanych kanałach których transportowane są składniki paliwa w fazie ciekłej, schładzając metal i zapobiegając topnieniu dyszy. Doświadczenie Rocketdyne w projektowaniu podobnych urządzeń oraz praca w dziedzinie wysokotemperaturowej metalurgii okazały się przydatne przy opracowywaniu technologii wykorzystania stopionej soli w elektrowni słonecznej.
Projekt Solar Two o mocy 10 MW funkcjonował pomyślnie przez kilka lat, a następnie został wycofany z eksploatacji w 1999 roku, potwierdzając wykonalność pomysłu. Jak przyznaje sam William Gould, projekt miał pewne problemy, które należało rozwiązać. Jednak podstawowa technologia zastosowana w Solar Two działa również w nowoczesnych elektrowniach, takich jak Crescent Dunes. Mieszanka soli azotanowych i robocze temperatury są identyczne, różni je jedynie skala elektrowni.
Zaletą technologii wykorzystania stopionej soli jest to, że pozwala na dostarczanie mocy na żądanie, a nie tylko wtedy, gdy świeci słońce. Sól może przechowywać ciepło przez kilka miesięcy, więc czasami zdarzający się pochmurny dzień nie wpływa na dostępność energii elektrycznej. Ponadto emisje z elektrowni są minimalne i oczywiście nie wytwarzają niebezpiecznych odpadów powstających jako produkt uboczny procesu.
Zasady działania
Słoneczna elektrownia wykorzystuje 10 347 luster (heliostatów) usytuowanych na 647,5 hektara (to ponad 900 boisk piłkarskich), aby skoncentrować światło słoneczne na centralnej wieży o wysokości 195 metrów, wypełnionej solą. Ta sól jest podgrzewana promieniami słonecznymi do 565 °C, a ciepło jest magazynowane i wykorzystywane do przekształcania wody w parę oraz do zasilania generatorów produkujących energię elektryczną.
Lustra nazywane są heliostatami, ponieważ każde z nich może być przechylane i obracane, aby precyzyjnie kierować swój promień światła. Usytuowane w koncentrycznych kręgach, koncentrują światło słoneczne na 'odbiorniku' znajdującym się na szczycie centralnej wieży. Sama wieża nie świeci, odbiornik ma matowo-czarny kolor. Efekt świecenia powstaje właśnie dzięki koncentracji promieni słonecznych, które ogrzewają pojemnik. Gorąca sól spływa do zbiornika ze stali nierdzewnej o pojemności 16 tys. m³.
Heliostat
Sól, która w tych temperaturach wygląda i płynie prawie tak samo, jak woda, przechodzi przez wymiennik ciepła, aby wytworzyć parę do napędzania standardowego turbo-generatora. W zbiorniku znajduje się wystarczająco dużo stopionej soli, aby zasilać generator przez 10 godzin. To stanowi 1100 megawatogodzin magazynowania, czyli prawie 10 razy więcej niż największe systemy baterii litowo-jonowych, które zostały zainstalowane w celu przechowywania energii odnawialnej.
Trudna droga
Mimo obiecujących pomysłów, nie można powiedzieć, że SolarReserve odniósł sukces. W wielu aspektach firma pozostała startupem, chociaż żywotnym i dynamicznym w każdym sensie. W końcu pierwszą rzeczą, jaką zobaczysz, spoglądając w stronę elektrowni Crescent Dunes, jest światło. Tak jasne, że nie można na nie patrzeć. Żródłem światła jest 195-metrowa wieża, dumnie wznosząca się nad pustynnymi terenami Nevady mniej więcej w połowie drogi między małym miastem Reno a Las Vegas.
Jak elektrownia wyglądała na różnych etapach budowy
2012 rok, rozpoczęcie budowy
2014 rok, projekt bliski zakończenia
Grudzień 2014, Crescent Dunes prawie gotowa do eksploatacji
Gotowa stacja
W odległości godziny jazdy stąd znajduje się słynna Strefa 51, tajny obiekt wojskowy, który tego lata grożono wielkim szturmem w internecie, aby "ocalić" kosmitów z rąk amerykańskiego rządu. Takie sąsiedztwo sprawia, że turyści, widząc niezwykle jasne światło, często pytają lokalnych mieszkańców, czy nie byli świadkami czegoś dziwnego lub nawet pozaziemskiego. A potem szczerze się smucą, dowiadując się, że to tylko elektrownia słoneczna otoczona polem luster o szerokości niemal 3 km.
Budowa Crescent Dunes rozpoczęła się w 2011 roku dzięki pożyczkom od rządu i inwestycjom od NV Energy, głównej firmy użyteczności publicznej w Nevadzie. Elektrownia została ukończona w 2015 roku, około dwa lata później niż planowano. Ale nawet po zakończeniu budowy nie wszystko szło gładko. Na przykład, w pierwszych dwóch latach często psuły się i źle działały pompy i transformatory do heliostatów, które były niewystarczająco mocne. Dlatego moc wyjściowa Crescent Dunes była niższa niż zaplanowano w pierwszych latach działalności.
Była i jeszcze jedna trudność — z ptakami. Wchodząc w "zasięg" skoncentrowanego światła słonecznego, nieszczęsny ptak . Według przedstawicieli SolarReserve, ich elektrowni udało się uniknąć regularnej i masowej "kreacji" ptaków. Wspólnie z kilkoma krajowymi organizacjami opracowano specjalny plan mający na celu złagodzenie jakichkolwiek potencjalnych zagrożeń dla elektrowni. Program ten został zatwierdzony w 2011 roku i ma na celu zmniejszenie potencjalnego ryzyka dla ptaków i nietoperzy.
Ale największym problemem dla Crescent Dunes była awaria w zbiorniku do przechowywania gorącej soli, odkryta pod koniec 2016 roku. Zgodnie z technologią, gigantyczny pierścień, opierający się na słupach na dnie zbiornika, rozdzielał stopioną sól w miarę jej napływu z odbiornika. Same słupy miały być przyspawane do podłogi, a pierścień musiał mieć możliwość przesunięcia, ponieważ zmiany temperatury powodują rozszerzanie się/kurczenie materiałów. Zamiast tego, z powodu błędu inżynierów, wszystko to zostało mocno i na stałe spawane razem. W rezultacie, przy zmianach temperatury dno zbiornika wyginało się i przeciekało.
Sama w sobie awaria wylotu stopionego soli nie stanowi większego zagrożenia. Po dotarciu do warstwy żwirowej pod zbiornikiem, stopił się i przekształcił w sól. Niemniej jednak wstrzymanie elektrowni opóźniło się o osiem miesięcy. Badano przyczyny wycieku, winnych incydentu, skutki awarii oraz inne kwestie.
Niezadowolenie SolarReserve na tym się nie skończyło. Wydajność elektrowni była niższa niż planowano w 2018 roku, przy czym średni współczynnik wydajności wyniósł 20,3% w porównaniu do zaplanowanego współczynnika 51,9%. W rezultacie Krajowe Laboratorium Odnawialnych Źródeł Energii w USA (NREL) rozpoczęło 12-miesięczne badanie kosztów projektu CSP, koncentrując się na problemach wydajności i nieprzewidzianych wydatkach. W rezultacie najpierw firma została pozwanych i zmuszona do zmiany kierownictwa, a w 2019 roku zmuszono ją do ogłoszenia .
To jeszcze nie koniec.
Jednak nawet to nie zablokowało rozwoju technologii. Istnieją podobne projekty i w innych krajach. Na przykład podobne technologie są wykorzystywane w parku słonecznym imienia Mohammeda ibn Raszida Al Maktouma — największej na świecie sieci elektrowni słonecznych, zintegrowanych w jednym kompleksie w Dubaju. Albo, powiedzmy, w Maroku. Tam jest jeszcze więcej słonecznych dni niż w USA, więc wydajność elektrowni powinna być wyższa. A pierwsze wyniki pokazują, że rzeczywiście tak jest.
Wieża CSP Noor III o mocy 150 MW w Maroku przewyższyła planowane wskaźniki wydajności i wypełnienia magazynów w pierwszych kilku miesiącach eksploatacji. A koszty finansowania projektów przechowywania energii w wieży odpowiadają przewidywaniom, zapewnia Xavier Lara, starszy doradca CSP w inżynieryjnej grupie Empresarios Agrupados (EA).
Elektrownia Noor III.
Uruchomiona w grudniu ubiegłego roku, elektrownia Noor III wykazuje znakomitą wydajność. Noor III, zainstalowany przez hiszpańską firmę SENER i chińską korporację budowlaną SEPCO, jest największą na świecie działającą elektrownią wieżową i drugą pod względem integracji technologii magazynowania stopionego soli.
Eksperci sądzą, że wiarygodne wczesne dane dotyczące wydajności Noor III w zakresie wydajności, elastyczności generowania energii i integracji magazynów powinny zmniejszyć problemy z niezawodnością wież CSP i magazynów, co z kolei ma na celu obniżenie kosztów kapitałowych dla przyszłych projektów. W Chinach rząd już ogłosił program stworzenia 6000 MW CSP z magazynem. SolarReserve współpracuje z państwową firmą Shenhua Group, która zajmuje się budową elektrowni węglowych, aby opracować 1000 MW produkcji CSP z płynną solą. Ale czy takie wieże-magnity będą budowane dalej? To pytanie.
Niedawno firma Heliogen, należąca do Billa Gatesa, ogłosiła swój przełom w wykorzystaniu skoncentrowanej energii słonecznej. Heliogen zdołał zwiększyć temperaturę z 565 °C do 1000 °C. Tym samym otworzyli możliwość wykorzystania energii słonecznej w produkcji cementu, stali i produktów petrochemicznych.
Co jeszcze ciekawego można przeczytać na blogu
→
→
→
→
→
Subskrybuj nasz -kanał, aby nie przegapić kolejnego artykułu! Pisaliśmy nie częściej niż dwa razy w tygodniu i tylko w istotnych sprawach. Przypominamy również, że możesz rozwiązania chmurowe Cloud4Y.
Tylko zarejestrowani użytkownicy mogą brać udział w ankiecie. , proszę.
Elektrownia na bazie płynnej soli to
Umierająca technologia
Perspektywna gałąź
Początkowo bzdura
Twój wariant (w komentarzach)
97 użytkowników zagłosowało. 36 użytkowników wstrzymało się.
Źródło: habr.com
