Exploatarea și utilizarea energiei Soarelui reprezintă una dintre cele mai mari realizări ale omenirii în domeniul energetic. Principala dificultate acum constă nu doar în colectarea energiei solare, ci și în stocarea și distribuirea acesteia. Dacă se va reuși rezolvarea acestei probleme, atunci centralele tradiționale care funcționează pe combustibili fosili pot fi pensionate.
SolarReserve este o companie care propune utilizarea sării topite în centralele solare și lucrează la o soluție alternativă pentru problemele stocării. În loc să folosească energia solară pentru a produce energie electrică și apoi să o stocheze în panouri solare, SolarReserve propune redirecționarea acesteia către acumulatorii termici (turnuri). Turnul energetic va primi și stoca energia. Capacitatea sării topite de a rămâne în formă lichidă o face un mediu perfect pentru stocarea termală.
Obiectivul companiei este de a demonstra că tehnologia sa poate face din energia solară o sursă de energie disponibilă 24 de ore din 24 (la fel ca orice centrală electrică care funcționează pe combustibili fosili). Lumina solară concentrată încălzește sarea în turn până la 566 °C, iar aceasta este stocată într-un rezervor giganticizat insulat, până când este utilizată pentru a genera abur pentru a porni turbină.
Cu toate acestea, să luăm lucrurile pe rând.
Început
Directorul tehnic al SolarReserve, William Gould, a dedicat mai mult de 20 de ani dezvoltării tehnologiei CSP (concentrated solar power) folosind sare topită. În anii 1990, el a fost managerul proiectului instalației demonstrative Solar Two, construită cu sprijinul Departamentului pentru Energie al SUA în deșertul Mohave. Cu un deceniu mai devreme, acolo a fost testat un dispozitiv care a confirmat calculele teoretice cu privire la posibilitatea producerii comerciale a energiei folosind heliostate. Sarcina lui Gould a fost să dezvolte un proiect similar, în care sare încălzită este folosită în loc de abur, și să găsească dovezi că energia poate fi stocată.
Când a ales capacitatea de stocare a sării topite, Gould s-a zbătut între două opțiuni: un producător de cazane cu experiență în centrale electrice tradiționale alimentate cu combustibili fosili și compania Rocketdyne, care fabrica motoare rachete pentru NASA. Alegerea a fost făcută în favoarea constructorilor de rachete. Parțial din cauza faptului că, la începutul carierei sale, Gould a activat ca inginer nuclear într-o companie de construcții gigantică, Bechtel, care lucra la reactoarele din California de Sud, San Onofre. Și a considerat că nu va găsi o tehnologie mai fiabilă.
Duza motorului cu reacție, din care se varsă gazele fierbinți, este formată, de fapt, din două tuburi (interior și exterior), în canalele scobite în care sunt pompați componentele combustibilului în faza lichidă, răcind metalul și împiedicând duza să se topească. Experiența Rocketdyne în dezvoltarea unor astfel de dispozitive și în domeniul metalurgiei la temperaturi înalte a fost utilă în elaborarea tehnologiei de utilizare a sării topite în centralele solare.
Proiectul Solar Two, cu o capacitate de 10 MW, a funcționat cu succes timp de câțiva ani și a fost dezactivat în 1999, confirmând fezabilitatea ideii. Așa cum recunoaște însuși William Gould, proiectul a avut unele probleme care trebuiau rezolvate. Dar tehnologia de bază utilizată în Solar Two continuă să funcționeze și în centralele moderne, precum Crescent Dunes. Amestecul de săruri nitratice și temperaturile de operare sunt identice, diferența fiind doar dimensiunile centralei.
Avantajul tehnologiei de utilizare a sării topite este că permite furnizarea de energie la cerere, nu doar atunci când soarele strălucește. Sarea poate păstra căldura timp de câteva luni, astfel că uneori o zi înnorată întâmplătoare nu afectează disponibilitatea energiei electrice. În plus, emisiile centralei sunt minime și, desigur, nu există deșeuri periculoase create ca produse secundare ale procesului.
Principiile de funcționare
Centrala solară utilizează 10.347 de oglinzi (heliostate), amplasate pe 647,5 hectare (mai mult de 900 de terenuri de fotbal), pentru a concentra lumina solară într-un turn central înalt de 195 de metri, umplut cu un amestec de sare. Această sare este încălzită de razele solare până la 565 °C, iar căldura este stocată și folosită ulterior pentru a transforma apa în abur și pentru a funcționa generatoarele care produc electricitate.
Oglinzile se numesc heliostate, deoarece fiecare dintre ele poate fi înclinat și rotit pentru a-și direcționa cu precizie razele de lumină. Amplasate în cercuri concentrice, ele concentrează lumina solară asupra unui "recepționer" aflat în partea superioară a turnului central. Turnul în sine nu strălucește, recepționerul are o culoare negru mat. Efectul de luminozitate se datorează concentrării razelor solare, care încălzesc recipientul. Sarea fierbinte curge într-un rezervor din oțel inoxidabil de 16.000 m³.
Heliostat
Sarea, care la aceste temperaturi arată și curge aproape ca apa, trece printr-o schimbătoare de căldură pentru a produce abur pentru a alimenta un turbogenerator standard. În rezervor sunt suficiente sare topită pentru a funcționa generatorul timp de 10 ore. Aceasta reprezintă 1.100 de megawatt-oră de stocare, aproape de 10 ori mai mult decât cele mai mari sisteme de baterii cu litiu-ion care au fost instalate pentru a stoca energia regenerabilă.
Calea dificilă
Cu toate că ideea are un potențial promițător, nu se poate spune că SolarReserve a avut succes. În multe privințe, compania a rămas un startup. Cu toate acestea, este un startup energic și strălucitor în toate sensurile. Căci primul lucru pe care îl vei observa privind către centrala Crescent Dunes este lumina. Atât de strălucitoare, încât nu poți să te uiți. Sursa de lumină este turnul de 195 de metri, care se înalță mândru deasupra teritoriilor deșertice ale Nevada, cam la jumătatea drumului între micuțul oraș Reno și Las Vegas.
Cum arăta centrala în diferite etape de construcție
2012, începutul construcției
2014, proiectul este aproape finalizat
Decembrie 2014, Crescent Dunes este aproape gata de operare
Centrala finalizată
La aproximativ o oră de mers cu mașina se află celebra Zonă 51, o instalație militară secretă, pe care vara aceasta internetul a amenințat că o va ataca pentru a «salva» extratereștrii din mâinile guvernului american. Această vecinătate determină ca călătorii care văd o strălucire neobișnuit de intensă, să întrebe localnicii dacă au fost martorii unor evenimente neobișnuite sau chiar extraterestre. Și apoi sunt sincer dezamăgiți aflând că este vorba doar despre o stație solară, înconjurată de un câmp de oglinzi cu o lățime de aproape 3 km.
Construcția Crescent Dunes a început în 2011 datorită împrumuturilor guvernamentale și investițiilor de la NV Energy, principalul furnizor de utilități din Nevada. Stația electrică a fost finalizată în 2015, cu aproximativ doi ani mai târziu decât era planificat. Dar nici după finalizare, totul nu a mers conform planului. De exemplu, în primii doi ani, pompele și transformatoarele pentru heliostat au fost adesea defecte și nu au funcționat corect, fiind insuficient de puternice. Prin urmare, capacitatea de ieșire a Crescent Dunes a fost mai mică decât cea planificată în primii ani de operare.
A existat și o altă dificultate - cu păsările. Atunci când ajungea sub «vizorul» luminii solare concentrate, păsărea nefericită . Conform reprezentanților SolarReserve, stațiile lor electrice au reușit să evite «cremarea» regulată și masivă a păsărilor. Împreună cu câteva organizații naționale, a fost elaborat un plan special pentru a reduce orice amenințare potențială pentru stație. Această programă a fost aprobată în 2011 și este destinată să reducă riscul potențial pentru păsări și lilieci.
Dar cea mai mare problemă pentru Crescent Dunes a fost o scurgere în rezervorul de stocare a sării topite, descoperită la sfârșitul anului 2016. Conform tehnologiei, un inel uriaș, sprijinit pe piloni la fundul rezervorului, distribuie sarea topită pe măsură ce aceasta ajunge din receptor. Pilonii înșiși ar fi trebuit să fie sudati de podea, iar inelului îi era necesară o capacitate de deplasare, deoarece schimbările de temperatură cauzează dilatarea/contractarea materialelor. În schimb, din cauza unei erori de proiectare, toate acestea au fost sudate împreună. Ca rezultat, la schimbările de temperatură, fundul rezervorului s-a deformat și a început să curgă.
Scurgerea de sare topită în sine nu prezintă un pericol semnificativ. La contactul cu stratul de gravier de sub rezervor, sarea topită s-a răcit imediat, transformându-se în sare. Cu toate acestea, oprirea centralei electrice a durat opt luni. S-au studiat cauzele scurgerii, vinovații incidentului, consecințele accidentului și alte probleme.
Pe de altă parte, necazurile SolarReserve nu s-au încheiat aici. Performanța centralei electrice a fost mai mică decât cea planificată în 2018, coeficientul mediu de putere fiind de 20,3% în comparație cu coeficientul de putere planificat de 51,9%. Ca urmare, Laboratorul Național pentru Surse de Energie Regenerabilă din SUA (NREL) a început o cercetare de 12 luni asupra costului proiectului CSP, axându-se pe problemele de performanță și pe cheltuielile neprevăzute. În urma acestora, compania a fost dată în judecată, obligată să-și schimbe conducerea, iar în 2019 a fost forțată să declare faliment. .
Asta nu e sfârșitul
Însă chiar și aceasta nu a pus capăt dezvoltării tehnologiei. Există proiecte similare și în alte țări. De exemplu, tehnologii similare sunt utilizate în parcul solar Mohamed bin Rashid Al Maktoum — cea mai mare rețea de centrale solare din lume, reunite într-un singur spațiu în Dubai. Sau, în Maroc. Acolo sunt chiar mai multe zile însolelate decât în SUA, iar eficiența centralei electrice ar trebui să fie și mai ridicată. Iar primele rezultate arată că așa este.
Turnul CSP Noor III cu o capacitate de 150 MW din Maroc a depășit indicatorii planificați de performanță și umplere a stocării în primele luni de funcționare. Costurile de finanțare a proiectelor pentru stocarea energiei în turn sunt conform previziunilor așteptate, asigură Xavier Lara, consultant senior CSP din Grupul de Inginerie Empresarios Agrupados (EA).
Centrala Noor III
Inaugurată în decembrie anul trecut, centrala Noor III demonstrează o performanță remarcabilă. Noor III, instalat de compania spaniolă SENER și de corporația chineză de construcții energetice SEPCO, este cea mai mare centrală pe turn în funcțiune din lume și a doua ca integrare a tehnologiei de stocare a sării topite.
Experții consideră că datele timpurii fiabile despre performanța Noor III în privința performanței, flexibilității producerii și integrării stocării ar trebui să reducă problemele de fiabilitate ale turnurilor CSP și ale stocării, și să scadă costul capitalului pentru viitoarele proiecte. În China, guvernul a anunțat deja un program pentru construirea a 6000 MW CSP cu stocare. SolarReserve colaborează cu compania de stat Shenhua Group, care se ocupă cu construcția de centrale electrice pe bază de cărbune, pentru a dezvolta 1000 MW de producție de sare topită CSP. Dar vor construi astfel de turnuri de stocare în continuare? Aceasta este întrebarea.
Cu toate acestea, tocmai zilele trecute, compania Heliogen, deținută de Bill Gates, a anunțat o descoperire în utilizarea energiei solare concentrate. Heliogen a reușit să crească temperatura de la 565 °C la 1000 °C. Astfel, s-a deschis posibilitatea utilizării energiei solare în producția de ciment, oțel și produse petro-chimice.
Ce altceva util se poate citi în blog
→
→
→
→
→
Abonați-vă la canalul nostru - pentru a nu rata următorul articol! Scriem nu mai des de două ori pe săptămână și doar despre subiecte relevante. De asemenea, vă reamintim că puteți soluțiile de cloud Cloud4Y.
Numai utilizatorii înregistrați pot participa la sondaj. , vă rugăm.
Centrala pe sare lichidă este
O tehnologie în declin
O direcție promițătoare
Inițial o prostie
Propunerea ta (în comentarii)
Au votat 97 utilizatori. S-au abținut 36 utilizatori.
Sursa: habr.com
