Saltad solenergi

Att utnyttja och använda solenergi är en av mänsklighetens största prestationer inom energiområdet. Den största utmaningen nu handlar inte ens om att samla in solenergi, utan att lagra och fördela den. Om detta problem kan lösas, kan traditionella anläggningar som drivs av fossila bränslen gå i pension.

SolarReserve är ett företag som erbjuder att använda smält salt i solkraftverk och arbetar med alternativa lösningar för lagringsproblemen. Istället för att använda solenergi för att generera elektricitet och lagra den i solpaneler, föreslår SolarReserve att fördela den till termiska lagringssystem (torn). Energitornen kommer att ta emot och lagra energin. Smält salts förmåga att förbli i flytande form gör det till ett utmärkt medium för termisk lagring.

Företagets mål är att bevisa att dess teknik kan göra solenergi till en tillgänglig energikälla som fungerar dygnet runt (likt alla kraftverk som drivs av fossila bränslen). Koncentrerat solljus värmer upp saltet i tornet till 566 °C, och det lagras i en stor isolerad tank tills det behövs för att producera ånga för att driva turbinen.

Men låt oss ta det steg för steg.

Början

Huvudteknikern på SolarReserve, William Gould, har mer än 20 år av erfarenhet inom utvecklingen av CSP-teknik (koncentrerad solenergi) med smält salt. På 1990-talet var han projektledare för den demonstrationsanläggning, Solar Two, som byggdes med stöd av USA:s energidepartement i Mojave-öknen. Ett decennium tidigare testades där en anläggning som bekräftade de teoretiska beräkningarna om möjligheten till kommersiell energiutvinning med hjälp av heliostater. Goulds uppgift var att utveckla ett liknande projekt där uppvärmt salt används istället för ånga, samt att finna bevis för att energin kan lagras.

När man valde kapacitet för lagring av smält salt, stod Gould mellan två alternativ: en tillverkare av pannor med erfarenhet från traditionella kraftverk som drivs med fossila bränslen, och företaget Rocketdyne, som tillverkade raketmotorer för NASA. Valet föll på raketbyggarna, delvis eftersom Gould i början av sin karriär arbetade som kärningenjör på det jättebyggen företaget Bechtel, som arbetade med de kaliforniska reaktorerna San Onofre. Han ansåg att han aldrig skulle hitta en mer pålitlig teknik.

Düsen av raketmotorn, från vilken heta gaser strömmar, består faktiskt av två höljen (inre och yttre), i de frästa kanalerna av vilka bränslekomponenter pumpas i flytande fas, vilket kyler metallen och hindrar düsen från att smälta. Rocketdynes erfarenhet av att utveckla sådana enheter och arbeta inom högtemperaturmetallurgi var till nytta vid utvecklingen av tekniken för att använda smält salt i solkraftverket.

Projektet Solar Two med en kapacitet på 10 MW fungerade framgångsrikt i flera år och stängdes ner 1999, vilket bekräftade idéens livskraft. Som William Gould själv erkänner hade projektet vissa problem som behövde lösas. Men den grundläggande teknologin som användes i Solar Two fungerar också i moderna anläggningar som Crescent Dunes. Blandet av nitrat-salter och arbetstemperaturerna är identiska, med endast skillnad i anläggningens skala.

Fördelen med tekniken för att använda smält salt är att den möjliggör kraftleverans på begäran, inte bara när solen skiner. Saltet kan lagra värme i flera månader, så en tillfällig molnig dag påverkar inte tillgängligheten av elektricitet. Dessutom är utsläppen från kraftverket minimala, och självklart finns det inga farliga avfall skapade som en biprodukt av processen.

Arbetsprinciper

Ett solkraftverk använder 10 347 speglar (heliostater) som är installerade på 647,5 hektar (mer än 900 fotbollsplaner) för att koncentrera solens ljus på en central torn som är 195 meter hög och fylld med salt "fyllning". Detta salt värms upp av solens strålar till 565 °C, och värmen lagras och används sedan för att omvandla vatten till ånga och för att driva generatorer som producerar elektricitet.

Speglarna kallas heliostater eftersom var och en av dem kan lutas och vridas för att exakt styra sin ljusstråle. De är placerade i koncentriska cirklar och fokuserar solens ljus på en "mottagare" högst upp på den centrala tornet. Tornet lyser inte av sig själv; mottagaren är matt svart. Ljusfenomenet uppstår på grund av koncentrationen av solens strålar som värmer behållaren. Den heta salten rinner ner i en tank av rostfritt stål med en kapacitet på 16 000 m³.

Heliostat

Salt, som vid dessa temperaturer ser ut och flyter nästan som vatten, passerar genom en värmeväxlare för att producera ånga som driver en vanlig turbogenerator. I tanken finns tillräckligt med smält salt för att driva generatorn i 10 timmar. Detta innebär 1100 megawattimmar lagring, eller nästan 10 gånger mer än de största litiumjonbatterierna som har installerats för att lagra förnybar energi.

Svår väg

Trots den lovande idén kan man inte påstå att SolarReserve har haft framgång. På många sätt har företaget förblivit en startup. Men en energisk och livlig startup i alla avseenden. För det första som man ser när man blickar mot Crescent Dunes kraftverk är ljuset. Så starkt att det är omöjligt att titta på. Källan till ljuset är den 195 meter höga tornet som stolta reser sig över Nevadakvistens öknar, ungefär halvvägs mellan den lilla staden Reno och Las Vegas.

Hur kraftverket såg ut i olika byggskeden
År 2012, byggstart

År 2014, projektet är nästan klart

December 2014, Crescent Dunes är nästan redo för drift

Det färdiga verket

Någonstans en timmes bilfärd härifrån ligger den berömda Area 51, en hemlig militäranläggning som hotades av stormning av hela internet i somras för att "rädda" utomjordingar från den amerikanska regeringen. Detta grannskap gör att resenärer, som ser ett ovanligt starkt ljus, ibland frågar lokalbefolkningen om de just bevittnat något ovanligt eller till och med utomjordiskt. De blir sedan uppriktigt besvikna när de får veta att det bara är ett solkraftverk som omges av en spegelfält nästan 3 km brett.

Bygget av Crescent Dunes började 2011 tack vare lån från regeringen och investeringar från NV Energy, Nevadas huvudkommunala företag. Solkraftverket färdigställdes 2015, ungefär två år senare än planerat. Men även efter färdigställandet gick inte allt smidigt. Till exempel, under de första två åren bröts ofta och fungerade inte ordentligt pumpar och transformatorer för heliostaterna, som inte var tillräckligt kraftfulla. Därför var den utgående effekten vid Crescent Dunes lägre än planerat under de första åren av driften.

Det fanns även en annan svårighet — med fåglar. När en olycklig fågel hamnade under "siktet" för den koncentrerade solens ljus, förvandlades den till aska. Enligt företrädare för SolarReserve lyckades deras solkraftverk undvika regelbunden och massproducerad "kremation" av fåglar. Tillsammans med flera nationella organisationer utvecklades en speciell plan för att mildra eventuella potentiella hot mot solkraftverket. Detta program godkändes 2011 och syftar till att minska den potentiella risken för fåglar och fladdermöss.

Men det största problemet för Crescent Dunes blev en läcka i lagringstanken för varm salt, som upptäcktes i slutet av 2016. Enligt teknologin fördelar en enorm ring, som vilar på pelare på botten av tanken, den smälta saltet när det kommer från mottagaren. Pelarna skulle ha svetsats fast i golvet, och för ringen var det nödvändigt med en förskjutningsmöjlighet, eftersom temperaturförändringar orsakar expansion/krympning av materialen. Istället, på grund av en ingenjörsfel, svetsades allt detta ihop ordentligt. Som ett resultat buktade botten av tanken och läckte vid temperaturförändringar.

Själva läckaget av smältsalt utgör egentligen ingen stor fara. När det kom i kontakt med gruslagret under reaktorn svalnade smältan omedelbart och förvandlades till salt. Trots detta förlängdes stoppet av kraftverket till åtta månader. Orsakerna till läckaget, de ansvariga för incidenten, konsekvenserna av nödläget och andra frågor studerades noggrant.

Men SolarReserves problem slutade inte där. Kraftverkets produktivitet visade sig vara lägre än planerat under 2018, med ett genomsnittligt kapacitetsutnyttjande på 20,3% jämfört med det planerade kapacitetsutnyttjandet på 51,9%. Som resultat påbörjade den amerikanska nationella laboratoriet för förnybar energi (NREL) en 12-månaders studie av kostnaderna för CSP-projektet, med fokus på prestandaproblem och oväntade kostnader. I slutändan stämde man företaget och tvingade det att byta ledning, och 2019 var man tvungna att erkänna sin konkurs.

Detta är ännu inte slutet

Men inte ens detta satte stopp för utvecklingen av teknologin. Det finns liknande projekt i andra länder. Till exempel används liknande teknologier i Mohammed bin Rashid Al Maktoum-solparken – det största nätet av solkraftverk i världen, som är samlat på en och samma plats i Dubai. Eller, låt oss säga, Marokko. Där finns det ännu fler soliga dagar än i USA, och därför bör effektiviteten hos kraftverket vara högre. De första resultaten visar faktiskt att det verkligen är så.

CSP-tornet Noor III med en kapacitet på 150 MW i Marokko överträffade de planerade prestationsmålen och fyllnadsgraden under de första månaderna av drift. Kostnaderna för finansieringen av energilagringsprojekten i tornet ligger i linje med förväntade prognoser, försäkrar Xavier Lara, senior konsult för CSP vid Ingenjörsgruppen Empresarios Agrupados (EA).

Kraftverket Noor III



Som lanserades i december förra året, uppvisar Noor III en anmärkningsvärd produktivitet. Noor III, installerad av det spanska företaget SENER och det kinesiska energibyggföretaget SEPCO, är världens största operativa tornanläggning och den näst mest integrerade anläggningen med teknik för lagring av smältsalt.

Experter anser att tillförlitliga tidiga data om Noor IIIs prestanda, flexibiliteten i generationen och integrationen av lagring bör minska problem med tillförlitligheten hos CSP-torn och lagring, samt sänka kapitalkostnaderna för framtida projekt. I Kina har regeringen redan tillkännagett ett program för att skapa 6000 MW CSP med lagring. SolarReserve samarbetar med det statliga företaget Shenhua Group, som bygger kolkraftverk, för att utveckla 1000 MW produktion av smält salts CSP. Men kommer sådana lagringstorn att byggas vidare? Frågan.

Nyligen meddelade företaget Heliogen, som ägs av Bill Gates, ett genombrott i användningen av koncentrerad solenergi. Heliogen har lyckats höja temperaturen från 565 °C till 1000 °C. Detta öppnar möjligheter för användning av solenergi inom produktionen av cement, stål och petrokemiska produkter.

Vad mer intressant kan man läsa i bloggen Cloud4Y

→ Vi konfigurerar top i GNU/Linux
→ Pentestare på frontlinjen av cybersäkerhet
→ Startups som kan överraska
→ Ekofantastik för planetens skydd
→ Informationssäkerhet för datacenter

Prenumerera på vår Telegram-kanal för att inte missa nästa artikel! Vi skriver högst två gånger i veckan och bara när det är relevant. Vi påminner också om att du kan testa gratis Cloud4Y:s molnlösningar.

Endast registrerade användare kan delta i omröstningen. Logga in, tack.

Ett kraftverk med flytande salt är

• En döende teknologi

• Ett lovande område

• Ursprungligen nonsens

• Ert alternativ (i kommentarerna)

97 användare röstade. 36 användare avstod.

Källa: habr.com