Pozyskiwanie i wykorzystanie energii słonecznej jest jednym z najważniejszych osiągnięć człowieka w zakresie energii. Główna trudność nie polega obecnie nawet na gromadzeniu energii słonecznej, ale na jej magazynowaniu i dystrybucji. Jeśli uda się rozwiązać ten problem, tradycyjny przemysł paliw kopalnych będzie mógł zostać wycofany.
SolarReserve to firma, która proponuje wykorzystanie stopionej soli w elektrowniach słonecznych i pracuje nad alternatywnym rozwiązaniem problemów z magazynowaniem. Zamiast wykorzystywać energię słoneczną do wytwarzania prądu, a następnie magazynować ją w panelach fotowoltaicznych, SolarReserve proponuje przekierowanie jej do urządzeń magazynujących ciepło (wież). Wieża energetyczna będzie odbierać i magazynować energię. Zdolność stopionej soli do pozostawania w postaci płynnej sprawia, że jest to idealny nośnik ciepła..
Celem firmy jest udowodnienie, że jej technologia może uczynić energię słoneczną niedrogim źródłem energii, które działa przez całą dobę (jak każda elektrownia na paliwo kopalne). Skoncentrowane światło słoneczne podgrzewa sól w wieży do 566°C, która jest przechowywana w gigantycznym izolowanym zbiorniku do czasu, aż zostanie wykorzystana do wytworzenia pary do napędzania turbiny.
Jednak najpierw najważniejsze.
początek
Główny technolog SolarReserve, William Gould, spędził ponad 20 lat na opracowywaniu technologii CSP (skoncentrowanej energii słonecznej) w formie stopionej soli. W latach 1990. był kierownikiem projektu wspieranego przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych obiektu demonstracyjnego Solar Two na pustyni Mojave. Dziesięć lat wcześniej przeprowadzono tam badania konstrukcji, które potwierdziły teoretyczne obliczenia dotyczące możliwości komercyjnego wytwarzania energii za pomocą heliostatów. Wyzwaniem dla Goulda było opracowanie podobnego projektu, w którym zamiast pary wykorzystano podgrzewaną sól, oraz znalezienie dowodów na to, że można oszczędzać energię.
Wybierając pojemnik do przechowywania stopionej soli, Gould wahał się pomiędzy dwiema opcjami: producentem kotłów z doświadczeniem w tradycyjnych elektrowniach na paliwa kopalne oraz firmą Rocketdyne, która produkowała silniki rakietowe dla NASA. Wybór został dokonany na korzyść naukowców zajmujących się rakietami. Częściowo dlatego, że Gould na początku swojej kariery pracował jako inżynier nuklearny dla giganta budowlanego Bechtel, pracując przy reaktorach San Onofre w Kalifornii. I wierzył, że nie znajdzie bardziej niezawodnej technologii.
Dysza silnika odrzutowego, z którego ulatniają się gorące gazy, składa się właściwie z dwóch płaszczy (wewnętrznego i zewnętrznego), w wyfrezowanych kanałach, w których pompowane są składniki paliwa w fazie ciekłej, chłodząc metal i zapobiegając topnieniu dyszy. Doświadczenie Rocketdyne w opracowywaniu podobnych urządzeń i pracy w metalurgii wysokotemperaturowej przydało się przy opracowywaniu technologii wykorzystania stopionej soli w elektrowni słonecznej.
Projekt Solar Two o mocy 10 MW działał z powodzeniem przez kilka lat i został wycofany z eksploatacji w 1999 r., co potwierdziło 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 stacjach, takich jak Crescent Dunes. Mieszanka soli azotanowych i temperatury pracy są identyczne, jedyną różnicą jest skala stacji.
Zaletą technologii stopionej soli jest to, że umożliwia dostarczanie energii na żądanie, a nie tylko wtedy, gdy świeci słońce. Sól może zatrzymywać ciepło przez wiele miesięcy, więc okazjonalne pochmurne dni nie wpływają na dostępność energii elektrycznej. Ponadto emisje elektrowni są minimalne i oczywiście nie powstają żadne niebezpieczne odpady będące produktem ubocznym procesu.
Zasady pracy
Elektrownia słoneczna wykorzystuje 10 347 luster (heliostatów) rozmieszczonych na powierzchni 647,5 hektara (co odpowiada powierzchni ponad 900 boisk piłkarskich) do skupiania światła słonecznego na centralnej wieży o wysokości 195 metrów i wypełnionej solą. Sól ta jest podgrzewana przez promienie słoneczne do temperatury 565°C, a ciepło jest magazynowane, a następnie wykorzystywane do przekształcania wody w parę i napędzania generatorów wytwarzających energię elektryczną.
Lustra nazywane są heliostatami, ponieważ każde z nich może się przechylać i obracać, aby precyzyjnie skierować wiązkę światła. Ułożone w koncentryczne okręgi skupiają światło słoneczne na „odbiorniku” na szczycie centralnej wieży. Sama wieża nie świeci, korpus jest matowo czarny. Efekt blasku powstaje właśnie dzięki koncentracji światła słonecznego ogrzewającego pojemnik. Gorąca sól wpływa do zbiornika ze stali nierdzewnej o pojemności 16 tys. m³.
heliostat
Sól, która w tych temperaturach wygląda i przepływa podobnie jak woda, przechodzi przez wymiennik ciepła, aby wytworzyć parę potrzebną do uruchomienia standardowego turbogeneratora. Zbiornik zawiera wystarczającą ilość stopionej soli, aby generator działał przez 10 godzin. Daje to pojemność 1100 megawatogodzin, czyli prawie 10 razy więcej niż w przypadku największych systemów akumulatorów litowo-jonowych zainstalowanych w celu magazynowania energii odnawialnej.
Ciężka droga
Mimo obietnic pomysłu, nie można powiedzieć, że SolarReserve odniósł sukces. Pod wieloma względami firma pozostała startupem. Chociaż startup jest energiczny i bystry pod każdym względem. W końcu pierwszą rzeczą, którą widzisz, patrząc w stronę elektrowni Crescent Dunes, jest światło. Tak jasny, że nie sposób na niego patrzeć. Źródłem światła jest 195-metrowa wieża, dumnie wznosząca się nad pustynnymi terytoriami Nevady, mniej więcej w połowie drogi między małym miasteczkiem Reno i Las Vegas.
Jak wyglądała elektrownia na różnych etapach budowy
2012, rozpoczęcie budowy
Rok 2014, projekt jest już na ukończeniu
Grudzień 2014 r. Crescent Dunes jest prawie gotowy do użytku
Gotowa stacja
Około godziny jazdy stąd znajduje się słynna Strefa 51, tajny obiekt wojskowy, na który cały Internet groził szturmem tego lata, aby „uratować” kosmitów z rąk amerykańskiego rządu. Ta bliskość powoduje, że podróżnicy, którzy widzą niezwykle jasną poświatę, czasami pytają lokalnych mieszkańców, czy byli świadkami czegoś niezwykłego, a nawet obcego. A potem są szczerze zdenerwowani, gdy dowiadują się, że to tylko elektrownia słoneczna otoczona polem luster o szerokości prawie 3 km.
Budowa Crescent Dunes rozpoczęła się w 2011 roku dzięki pożyczkom od rządu i inwestycjom NV Energy, głównego przedsiębiorstwa użyteczności publicznej w Nevadzie. A elektrownię wybudowano w 2015 roku, czyli około dwa lata później niż planowano. Ale nawet po zakończeniu budowy nie wszystko poszło gładko. Przykładowo w ciągu pierwszych dwóch lat pompy i transformatory do heliostatów, które nie miały wystarczającej mocy, często ulegały awariom i nie działały prawidłowo. Dlatego moc wyjściowa w Crescent Dunes była niższa niż planowano w pierwszych latach eksploatacji.
Była jeszcze jedna trudność - z ptakami. Wpadając pod „wzrok” skoncentrowanego światła słonecznego, nieszczęsny ptak . Według przedstawicieli SolarReserve ich elektrowni udało się uniknąć regularnej i masowej „kremacji” ptaków. We współpracy z kilkoma organizacjami krajowymi opracowano specjalny plan mający na celu złagodzenie potencjalnych zagrożeń dla elektrowni. Program ten został zatwierdzony w 2011 roku i ma na celu zmniejszenie potencjalnego ryzyka dla ptaków i nietoperzy.
Jednak największym problemem Crescent Dunes był wyciek ze zbiornika gorącej soli odkryty pod koniec 2016 roku. Technologia wykorzystuje gigantyczny pierścień wsparty na słupach na dnie zbiornika w celu rozprowadzania stopionej soli wypływającej z pojemnika. Same słupy musiały być przyspawane do podłogi, a pierścień musiał mieć możliwość poruszania się, gdy zmiany temperatury powodują rozszerzanie/kurczenie się materiałów. Zamiast tego, w wyniku błędu inżynierów, całość została szczelnie zespawana. W rezultacie wraz ze zmianami temperatury dno zbiornika opadło i wyciekło.
Sam wyciek stopionej soli nie jest szczególnie niebezpieczny. Kiedy stopił się z warstwą żwiru pod zbiornikiem, stop natychmiast ostygł i zamienił się w sól. Zamknięcie elektrowni przeciągnęło się jednak osiem miesięcy. Zbadano przyczyny wycieku, osoby odpowiedzialne za incydent, konsekwencje sytuacji awaryjnej i inne kwestie.
Na tym nie skończyły się kłopoty SolarReserve. Wydajność elektrowni spadła poniżej wartości docelowej w 2018 r., przy średnim współczynniku wydajności wynoszącym 20,3% w porównaniu z planowanym współczynnikiem wydajności wynoszącym 51,9%, C. W rezultacie amerykańskie Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) rozpoczęło 12-miesięczne badanie kosztów projekt CSP, koncentrując się na problemach z wydajnością i nieoczekiwanych kosztach. W efekcie firma najpierw została pozwana i zmuszona do zmiany zarządu, a w 2019 roku została całkowicie zmuszona przyznać się do swoich .
To jeszcze nie koniec
Ale nawet to nie położyło kresu rozwojowi technologii. Przecież w innych krajach są podobne projekty. Podobne technologie zastosowano na przykład w Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park – największej na świecie sieci elektrowni słonecznych, zjednoczonych w jednej przestrzeni w Dubaju. Albo, powiedzmy, Maroko. Dni słonecznych jest tam jeszcze więcej niż w USA, dlatego też sprawność elektrowni powinna być wyższa. Pierwsze wyniki pokazują, że rzeczywiście tak jest.
Wieża CSP Noor III o mocy 150 MW w Maroku przekroczyła docelowe parametry wydajności i pojemności magazynowania w pierwszych kilku miesiącach eksploatacji. A koszt finansowania projektów wieżowych magazynów energii jest zgodny z oczekiwanymi prognozami, zapewnia Xavier Lara, starszy konsultant w CSP Engineering Group Empresarios Agrupados (EA).
Elektrownia Noor III
Uruchomiona w grudniu ubiegłego roku elektrownia Noor III wykazała się niezwykłą wydajnością. Noor III, zainstalowany przez hiszpańską firmę SENER i chińską korporację zajmującą się budownictwem energetycznym SEPCO, to największa na świecie działająca elektrownia wieżowa i druga, w której zintegrowano technologię magazynowania stopionej soli.
Eksperci uważają, że solidne dane dotyczące początkowej wydajności Noor III dotyczące wydajności, elastyczności wytwarzania i integracji pamięci masowej powinny zmniejszyć problemy z niezawodnością wież CSP i pamięci masowych oraz obniżyć koszt kapitału dla przyszłych projektów. W Chinach rząd ogłosił już program utworzenia CSP o mocy 6000 MW wraz z magazynowaniem. SolarReserve współpracuje z państwową Grupą Shenhua, która buduje elektrownie węglowe, w celu wytworzenia 1000 MW technologii wytwarzania stopionej soli CSP. Ale czy takie wieże magazynowe będą nadal budowane? Pytanie.
Jednak pewnego dnia firma Heliogen, której właścicielem jest Bill Gates, ogłosiła przełom w wykorzystaniu skoncentrowanej energii słonecznej. Heliogen był w stanie podnieść temperaturę z 565°C do 1000°C. Tym samym otwiera się możliwość wykorzystania energii słonecznej w produkcji cementu, stali i produktów petrochemicznych.
Co jeszcze można przeczytać na blogu?
→
→
→
→
→
Zapisz się do naszego -channel, żeby nie przegapić kolejnego artykułu! Piszemy nie częściej niż dwa razy w tygodniu i tylko w sprawach służbowych. Przypominamy również, że można rozwiązania chmurowe Cloud4Y.
W ankiecie mogą brać udział tylko zarejestrowani użytkownicy. , Proszę.
Elektrownia na sól ciekłą jest
-
Umierająca technologia
-
Obiecujący kierunek
-
Początkowo bzdury
-
Twoja wersja (w komentarzach)
Głosowało 97 użytkowników. 36 użytkowników wstrzymało się od głosu.
Źródło: www.habr.com