Видобуток та використання енергії Сонця – одне з найважливіших досягнень людини з погляду енергетики. Основна складність тепер полягає навіть не в збиранні сонячної енергії, а в її зберіганні та розподілі. Якщо вдасться вирішити це питання, то традиційні підприємства, які працюють на паливі, можна буде відправити на пенсію.
SolarReserve – компанія, що пропонує використовувати розплавлену сіль у сонячних електростанціях та працює над альтернативним вирішенням проблем зберігання. Замість використання сонячної енергії для вироблення електроенергії та подальшого зберігання її в сонячних батареях SolarReserve пропонує перенаправляти її на теплові накопичувачі (вежі). Енергетична вежа отримуватиме і зберігатиме енергію. Здатність розплавленої солі залишатися в рідкій формі робить із неї досконалий засіб для термального зберігання.
Завдання компанії - довести, що її технологія може зробити сонячну енергію доступним джерелом енергії, що працює цілодобово (як на будь-якій електростанції, що працює на викопному паливі). Концентроване сонячне світло нагріває в башті сіль до 566 °C, і вона зберігається в гігантському ізольованому резервуарі, доки не буде використана для створення пари для запуску турбіни.
Втім, про все по порядку.
Початок
Головний технолог SolarReserve, Вільям Гулд понад 20 років витратив на розвиток технології CSP (Concentrated Solar Power) з розплавленою сіллю. У 1990-х він був керівником проекту демонстраційної установки Solar Two, побудованої за підтримки Міністерства енергетики США в пустелі Мохаве. Десятиліттям раніше там же перевіряли споруду, яка підтвердила теоретичні розрахунки, про можливість комерційного вироблення енергії за допомогою геліостатів. Завдання Гулда полягало в тому, щоб розробити аналогічний проект, в якому замість пари використовується нагріта сіль, а також знайти докази, що енергія може бути збережена.
При виборі ємності для зберігання розплавленої солі Гулд коливався між двома варіантами: виробником котлів з досвідом роботи на традиційних електростанціях, що працюють на паливі, і компанією Rocketdyne, яка виробляла ракетні двигуни для НАСА. Вибір було зроблено на користь ракетобудівників. Частково через те, що на початку своєї кар'єри Гулд працював інженером-ядерником у гігантській будівельній компанії Bechtel, яка працювала над каліфорнійськими реакторами San Onofre. І вважав, що не знайде більш надійної технології.
Сопло реактивного двигуна, з якого вириваються гарячі гази, насправді складається з двох обічаків (внутрішньої та зовнішньої), у фрезерованих каналах яких прокачуються паливні компоненти в рідкій фазі, охолоджуючи метал і утримуючи сопло від плавлення. Досвід Rocketdyne у розробці подібних пристроїв та роботі у сфері високотемпературної металургії став у нагоді при розробці технології використання розплавленої солі на сонячній електростанції.
Проект Solar Two потужністю 10 МВт успішно функціонував протягом кількох років та був виведений з експлуатації у 1999 році, підтвердивши життєздатність ідеї. Як зізнається сам Вільям Гулд, проект мав деякі проблеми, які потрібно було вирішити. Але основна технологія, яка використовується в Solar Two, працює і в сучасних станціях, таких як Crescent Dunes. Суміш нітратних солей та робочі температури ідентичні, відмінність лише в масштабах станції.
Перевага технології використання розплавленої солі полягає в тому, що вона дозволяє постачати потужність на вимогу, а не лише тоді, коли світить сонце. Сіль може зберігати тепло протягом декількох місяців, тому іноді похмурий день не впливає на доступність електроенергії. Крім того, викиди електростанції мінімальні, і, звичайно ж, немає ніяких небезпечних відходів, створених як побічний продукт процесу.
Принципи роботи
Сонячна електростанція використовує 10 347 дзеркал (геліостатів), встановлених на 647,5 га (це 900 з гаком футбольних полів), щоб сконцентрувати сонячне світло на центральній вежі висотою 195 метрів і заповненою сольовою «начинкою». Ця сіль нагрівається сонячними променями до 565 °C, тепло зберігається, а потім використовується для перетворення води в пару і для роботи генераторів, що виробляють електрику.
Дзеркала називаються геліостатами, тому що кожне з них може нахилятися і повертатися, щоб точно спрямовувати свій промінь світла. Розташовані у концентричних колах, вони фокусують сонячне світло на «приймачі» у верхній частині центральної вежі. Сама вежа не світиться, приймач має матово-чорний колір. Ефект світіння виникає саме через концентрацію сонячних променів, що нагрівають ємність. Гаряча сіль стікає в резервуар із нержавіючої сталі ємністю 16 тис. м³.
Геліостат
Сіль, яка при цих температурах виглядає і тече майже так, як вода, проходить через теплообмінник, щоб виробляти пару для роботи стандартного турбогенератора. У баку міститься досить розплавленої солі для роботи генератора протягом 10 годин. Це становить 1100 мегават-годин зберігання, або майже в 10 разів більше, ніж найбільші системи іонно-літієвих батарей, які були встановлені для зберігання відновлюваної енергії.
важкий шлях
Незважаючи на перспективність ідеї, не можна сказати, що SolarReserve досягли успіху. Багато в чому компанія залишалася стартапом. Хоча стартапом енергійним та яскравим у всіх сенсах. Адже перше, що ви побачите, поглянувши на електростанцію Crescent Dunes, це світло. Такий яскравий, що на нього неможливо дивитися. Джерелом світла служить 195-метрова вежа, що гордовито височіє над пустельними територіями Невади приблизно на півдорозі між маленьким містечком Ріно і Лас-Вегасом.
Як виглядала електростанція на різних етапах будівництва
2012 рік, початок будівництва
2014 рік, проект близький до завершення
Грудень 2014 року, Crescent Dunes майже готовий до експлуатації
Готова станція
Десь за годину їзди звідси знаходиться знаменита Зона 51, секретний військовий об'єкт, який цього літа всім інтернетом погрожували штурмувати, щоб «врятувати» інопланетян із рук американського уряду. Таке сусідство призводить до того, що мандрівники, які побачили надзвичайно яскраве свічення, часом запитують місцевих жителів, чи не стали вони свідками чогось незвичайного чи навіть інопланетного. І потім щиро засмучуються, дізнавшись, що це лише сонячна електростанція, оточена полем дзеркал шириною майже 3 км.
Будівництво Crescent Dunes розпочалося у 2011 році завдяки позикам від уряду та інвестиціям від NV Energy, основної комунальної компанії Невади. А збудували електростанцію у 2015 році, приблизно на два роки пізніше запланованого терміну. Але і після побудови не все йшло гладко. Наприклад, у перші два роки часто ламалися і не працювали належним чином насоси та трансформатори для геліостатів, які були недостатньо потужними. Тому вихідна потужність на Crescent Dunes була нижчою за заплановану в перші роки роботи.
Була ще одна складність — з птахами. Потрапляючи під «приціл» концентрованого сонячного світла, нещасна птиця . За словами представників SolarReserve, їх електростанції вдалося уникнути регулярної та масової «кремації» птахів. Разом з кількома національними організаціями було розроблено спеціальний план, що дозволяє пом'якшити будь-які потенційні загрози електростанції. Ця програма була затверджена в 2011 році і призначена для зменшення потенційного ризику для птахів і кажанів.
Але найбільшою проблемою для Crescent Dunes став витік у резервуарі для зберігання гарячої солі, виявлений наприкінці 2016 року. Згідно з технологією, гігантське кільце, що спирається на пілони на дні резервуара, розподіляє розплавлену сіль у міру її надходження з приймача. Самі пілони мали бути приварені до підлоги, а кільця необхідна можливість зміщення, оскільки зміни температури викликають розширення/стиск матеріалів. Натомість, через помилку інженерів, усе це господарство міцно-міцно зварили разом. Як результат, при температурних змінах днище резервуара прогиналося і протікало.
Сам по собі витік розплавленої солі не становить особливої небезпеки. При попаданні на гравійний шар під резервуаром розплав відразу охолонув, перетворившись на сіль. Проте зупинка електростанції затяглася на вісім місяців. Вивчалися причини витоку, винні в інциденті, наслідки НП та інші питання.
На цьому проблеми SolarReserve не закінчилися. Продуктивність електростанції виявилася нижчою за заплановану в 2018 році, при цьому середній коефіцієнт потужності склав 20,3% порівняно із запланованим коефіцієнтом потужності 51,9%, С. У результаті Національна лабораторія відновлюваних джерел енергії США (NREL) розпочала 12-місячне дослідження вартості проекту CSP, зосередивши увагу на проблемах продуктивності та непередбачених витратах. Як підсумок, спочатку на компанію подали до суду і змусили змінити керівництво, а в 2019 році взагалі змусили визнати своє .
Це ще не кінець
Але це не поставило хрест на розвитку технології. Адже є аналогічні проекти в інших країнах. Наприклад, подібні технології використовуються в сонячному парку імені Мохаммеда ібн Рашида Аль Мактума — найбільшої у світі мережі сонячних електростанцій, що об'єднані в єдиному просторі в Дубаї. Або, скажімо, Марокко. Там ще більше сонячних днів, ніж у США, а тому й ефективність електростанції має бути вищою. І перші результати показують, що ця справді так.
Башта CSP Noor III потужністю 150 МВт у Марокко перевищила планові показники щодо продуктивності та заповнення сховища у перші кілька місяців експлуатації. А витрати на фінансування проектів із зберігання енергії у вежі відповідають очікуваним прогнозам, запевняє Ксав'є Лара, старший консультант CSP Інженерна група Empresarios Agrupados (EA).
Електростанція Noor III
Запущена в грудні минулого року електростанція Noor III демонструє чудову продуктивність. Noor III, встановлений іспанською SENER та китайською енергетичною будівельною корпорацією SEPCO, є найбільшим у світі експлуатаційним баштовим заводом та другим за інтеграцією технології зберігання розплавленої солі.
Експерти вважають, що надійні ранні дані про продуктивність Noor III про продуктивність, гнучкість генерації та інтеграції сховищ повинні знизити проблеми з надійністю CSP-вежі та сховищ та знизити вартість капіталу для майбутніх проектів. У Китаї уряд уже оголосив про програму зі створення 6000 МВт CSP зі сховищем. SolarReserve співпрацює з державною компанією Shenhua Group, яка займається будівництвом електростанцій, що працюють на вугіллі, для розробки 1000 МВт вироблення розплавленої солі CSP. Але чи будуватимуть такі вежі-накопичувачі далі? Запитання.
Втім, буквально днями компанія Heliogen, що належить Біллу Гейтсу, заявила про свій прорив у використанні концентрованої сонячної енергії. Heliogen змогли підвищити температуру з 565 до 1000°C. Тим самим відкривши можливість використання сонячної енергії у виробництві цементу, сталі, нафтохімічної продукції.
Що ще корисного можна почитати у блозі
→
→
→
→
→
Підписуйтесь на наш -Канал, щоб не пропустити чергову статтю! Пишемо не частіше двох разів на тиждень і лише у справі. Також нагадуємо, що ви можете хмарні рішення Cloud4Y.
Тільки зареєстровані користувачі можуть брати участь в опитуванні. , будь ласка.
Електростанція на рідкій солі – це
-
Вмираюча технологія
-
Перспективний напрямок
-
Спочатку нісенітниця
-
Свій варіант (у коментарях)
Проголосували 97 користувачів. Утрималися 36 користувачів.
Джерело: habr.com