Việc khai thác và sử dụng năng lượng mặt trời là một trong những thành tựu quan trọng nhất của con người về mặt năng lượng. Khó khăn chính hiện nay không nằm ở việc thu thập năng lượng mặt trời mà nằm ở việc lưu trữ và phân phối nó. Nếu vấn đề này có thể được giải quyết, ngành công nghiệp nhiên liệu hóa thạch truyền thống có thể bị loại bỏ.
SolarReserve là công ty đề xuất sử dụng muối nóng chảy trong các nhà máy điện mặt trời và đang nghiên cứu giải pháp thay thế cho vấn đề lưu trữ. Thay vì sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra điện và sau đó lưu trữ trong các tấm pin mặt trời, SolarReserve đề xuất chuyển hướng nó sang các thiết bị lưu trữ nhiệt (tháp). Tháp năng lượng sẽ tiếp nhận và lưu trữ năng lượng. Khả năng duy trì ở dạng lỏng của muối nóng chảy khiến nó trở thành phương tiện lưu trữ nhiệt lý tưởng..
Mục tiêu của công ty là chứng minh rằng công nghệ của họ có thể biến năng lượng mặt trời thành nguồn năng lượng hợp lý, hoạt động suốt ngày đêm (giống như bất kỳ nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch nào). Ánh sáng mặt trời tập trung làm nóng muối trong tháp lên tới 566°C, lượng muối này được lưu trữ trong một bể cách nhiệt khổng lồ cho đến khi được sử dụng để tạo ra hơi nước chạy tuabin.
Tuy nhiên, điều đầu tiên trước tiên.
bắt đầu
Kỹ thuật viên trưởng của SolarReserve, William Gould, đã dành hơn 20 năm để phát triển công nghệ CSP (năng lượng mặt trời tập trung) muối nóng chảy. Vào những năm 1990, ông là giám đốc dự án của cơ sở trình diễn Solar Two do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ hỗ trợ ở sa mạc Mojave. Một thập kỷ trước, một cấu trúc đã được thử nghiệm ở đó, nó đã xác nhận các tính toán lý thuyết về khả năng tạo ra năng lượng thương mại bằng cách sử dụng kính định nhật. Thách thức của Gould là phát triển một thiết kế tương tự sử dụng muối đun nóng thay vì hơi nước và tìm ra bằng chứng cho thấy năng lượng có thể được bảo toàn.
Khi chọn một thùng chứa để lưu trữ muối nóng chảy, Gould đã phân vân giữa hai lựa chọn: một nhà sản xuất nồi hơi có kinh nghiệm trong các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch truyền thống và Rocketdyne, công ty sản xuất động cơ tên lửa cho NASA. Sự lựa chọn được đưa ra có lợi cho các nhà khoa học tên lửa. Một phần là vì Gould đã sớm làm việc với tư cách là kỹ sư hạt nhân cho gã khổng lồ xây dựng Bechtel, làm việc tại các lò phản ứng San Onofre ở California. Và anh tin rằng mình sẽ không tìm được công nghệ nào đáng tin cậy hơn.
Vòi phun của động cơ phản lực, nơi khí nóng thoát ra, thực chất bao gồm hai lớp vỏ (bên trong và bên ngoài), trong các kênh được nghiền trong đó các thành phần nhiên liệu được bơm ở pha lỏng, làm mát kim loại và giữ cho vòi phun không bị nóng chảy. Kinh nghiệm của Rocketdyne trong việc phát triển các thiết bị tương tự và làm việc trong ngành luyện kim nhiệt độ cao rất hữu ích khi phát triển công nghệ sử dụng muối nóng chảy trong nhà máy điện mặt trời.
Dự án Solar Two công suất 10 MW đã hoạt động thành công trong vài năm và ngừng hoạt động vào năm 1999, khẳng định tính khả thi của ý tưởng này. Như chính William Gould thừa nhận, dự án có một số vấn đề cần được giải quyết. Nhưng công nghệ cốt lõi được sử dụng trong Solar Two cũng hoạt động ở các trạm hiện đại như Crescent Dunes. Hỗn hợp muối nitrat và nhiệt độ hoạt động giống hệt nhau, chỉ khác nhau ở quy mô trạm.
Ưu điểm của công nghệ muối nóng chảy là cho phép cung cấp điện theo yêu cầu chứ không chỉ khi có nắng. Muối có thể giữ nhiệt trong nhiều tháng nên thỉnh thoảng có mây mù cũng không ảnh hưởng đến nguồn điện. Ngoài ra, lượng khí thải của nhà máy điện là tối thiểu và tất nhiên không có chất thải nguy hại nào được tạo ra như sản phẩm phụ của quy trình.
Nguyên tắc làm việc
Nhà máy điện mặt trời sử dụng 10 gương (máy định nhật) trải rộng trên 347 ha (tương đương với hơn 647,5 sân bóng đá) để tập trung ánh sáng mặt trời vào tòa tháp trung tâm cao 900 mét và chứa đầy muối. Lượng muối này được tia nắng mặt trời đốt nóng đến nhiệt độ 195°C và nhiệt lượng được lưu trữ, sau đó dùng để chuyển nước thành hơi và chạy máy phát điện để sản xuất điện.
Các gương này được gọi là kính định nhật vì mỗi gương có thể nghiêng và xoay để định hướng chính xác chùm ánh sáng của nó. Được sắp xếp theo các vòng tròn đồng tâm, chúng tập trung ánh sáng mặt trời vào một “bộ thu” trên đỉnh tháp trung tâm. Bản thân tháp không phát sáng, máy thu có màu đen mờ. Hiệu ứng phát sáng xảy ra chính xác do nồng độ ánh sáng mặt trời làm nóng thùng chứa. Muối nóng chảy vào bể inox có dung tích 16 nghìn m³.
heliostat
Muối, trông giống như nước và chảy ở nhiệt độ này, đi qua bộ trao đổi nhiệt để tạo ra hơi nước chạy máy phát điện tua-bin tiêu chuẩn. Bể chứa đủ muối nóng chảy để chạy máy phát điện trong 10 giờ. Dung lượng lưu trữ này lên tới 1100 megawatt giờ, gấp gần 10 lần so với hệ thống pin lithium-ion lớn nhất từng được lắp đặt để lưu trữ năng lượng tái tạo.
Cách khó
Bất chấp sự hứa hẹn của ý tưởng này, SolarReserve không thể nói là đã đạt được thành công. Theo nhiều cách, công ty vẫn là một công ty khởi nghiệp. Mặc dù startup đầy năng lượng và tươi sáng về mọi mặt. Rốt cuộc, điều đầu tiên bạn nhìn thấy khi nhìn về phía Nhà máy điện Crescent Dunes là ánh sáng. Sáng đến mức không thể nhìn vào nó. Nguồn sáng là một tòa tháp cao 195 mét, kiêu hãnh vươn lên trên vùng lãnh thổ sa mạc Nevada, nằm giữa thị trấn nhỏ Reno và Las Vegas.
Nhà máy điện trông như thế nào ở các giai đoạn xây dựng khác nhau
2012, khởi công xây dựng
Năm 2014, dự án sắp hoàn thành
Tháng 2014/XNUMX, Crescent Dunes gần như đã sẵn sàng đưa vào sử dụng
Trạm sẵn sàng
Cách đây khoảng một giờ lái xe là Khu vực 51 nổi tiếng, một cơ sở quân sự bí mật mà mùa hè năm nay toàn bộ Internet đe dọa tấn công nhằm “cứu” người ngoài hành tinh khỏi bàn tay của chính phủ Mỹ. Sự gần gũi này dẫn đến việc những du khách nhìn thấy ánh sáng rực rỡ bất thường đôi khi hỏi người dân địa phương xem họ có chứng kiến điều gì bất thường hoặc thậm chí là xa lạ hay không. Và rồi họ thực sự đau buồn khi biết rằng đây chỉ là một nhà máy điện mặt trời, được bao quanh bởi một cánh đồng gương rộng gần 3 km.
Việc xây dựng Crescent Dunes bắt đầu vào năm 2011 với các khoản vay từ chính phủ và đầu tư từ NV Energy, công ty tiện ích chính của Nevada. Và nhà máy điện được xây dựng vào năm 2015, muộn hơn khoảng hai năm so với kế hoạch. Nhưng ngay cả sau khi xây dựng, không phải mọi thứ đều suôn sẻ. Ví dụ, trong hai năm đầu tiên, máy bơm và máy biến thế dùng cho máy định nhật không đủ công suất, thường xuyên bị hỏng và hoạt động không bình thường. Vì vậy, sản lượng điện tại Crescent Dunes thấp hơn kế hoạch trong những năm đầu vận hành.
Có một khó khăn khác - với các loài chim. Rơi vào “tầm nhìn” của ánh nắng tập trung, chú chim bất hạnh . Theo đại diện của SolarReserve, nhà máy điện của họ đã tránh được việc "hỏa táng" chim thường xuyên và hàng loạt. Một kế hoạch đặc biệt đã được phát triển cùng với một số tổ chức quốc gia nhằm giảm thiểu mọi mối đe dọa tiềm ẩn đối với nhà máy điện. Chương trình này đã được phê duyệt vào năm 2011 và được thiết kế để giảm thiểu rủi ro tiềm ẩn đối với chim và dơi.
Nhưng vấn đề lớn nhất đối với Crescent Dunes là vụ rò rỉ bồn chứa muối nóng được phát hiện vào cuối năm 2016. Công nghệ này sử dụng một vòng khổng lồ được hỗ trợ bởi các giá treo ở đáy bể để phân phối muối nóng chảy khi nó chảy từ một thùng chứa. Bản thân các giá treo phải được hàn vào sàn và chiếc nhẫn cần có khả năng di chuyển khi nhiệt độ thay đổi khiến vật liệu giãn nở/co lại. Thay vào đó, do lỗi của các kỹ sư, toàn bộ đã được hàn chặt lại với nhau. Kết quả là, khi nhiệt độ thay đổi, đáy bể bị võng và rò rỉ.
Bản thân việc rò rỉ muối nóng chảy không đặc biệt nguy hiểm. Khi chạm vào lớp sỏi dưới bể, chất tan lập tức nguội đi, biến thành muối. Tuy nhiên, việc đóng cửa nhà máy điện kéo dài suốt XNUMX tháng. Nguyên nhân rò rỉ, những người chịu trách nhiệm về vụ việc, hậu quả của trường hợp khẩn cấp và các vấn đề khác đã được nghiên cứu.
Những rắc rối của SolarReserve không dừng lại ở đó. Hiệu suất của nhà máy giảm xuống dưới mục tiêu năm 2018, với hệ số công suất trung bình là 20,3% so với hệ số công suất theo kế hoạch là 51,9%, C. Do đó, Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳ (NREL) đã bắt đầu nghiên cứu chi phí kéo dài 12 tháng về CSP của dự án, tập trung vào các vấn đề về hiệu suất và chi phí ngoài dự kiến. Kết quả là công ty lần đầu tiên bị kiện và buộc phải thay đổi quản lý, đến năm 2019 họ hoàn toàn bị buộc phải thừa nhận hành vi của mình. .
Nó vẫn chưa kết thúc
Nhưng ngay cả điều này cũng không đặt dấu chấm hết cho sự phát triển của công nghệ. Rốt cuộc, có những dự án tương tự ở các nước khác. Ví dụ, các công nghệ tương tự được sử dụng trong Công viên năng lượng mặt trời Mohammed bin Rashid Al Maktoum - mạng lưới các nhà máy điện mặt trời lớn nhất thế giới, hợp nhất trong một không gian duy nhất ở Dubai. Hoặc, nói, Maroc. Ở đó thậm chí còn có nhiều ngày nắng hơn ở Mỹ và do đó hiệu suất của nhà máy điện sẽ cao hơn. Và kết quả đầu tiên cho thấy điều này thực sự đúng như vậy.
Tháp CSP Noor III 150 MW ở Maroc đã vượt mục tiêu về hiệu suất và dung lượng lưu trữ trong vài tháng đầu hoạt động. Và chi phí tài trợ cho các dự án tháp lưu trữ năng lượng phù hợp với dự đoán, Xavier Lara, cố vấn cấp cao tại CSP Engineering Group Empresarios Agrupados (EA) đảm bảo.
Nhà máy điện Noor III
Được đưa vào vận hành vào tháng XNUMX năm ngoái, nhà máy điện Noor III đã chứng tỏ được hiệu quả hoạt động vượt trội. Noor III, được lắp đặt bởi SENER của Tây Ban Nha và tập đoàn xây dựng năng lượng SEPCO của Trung Quốc, là nhà máy tháp vận hành lớn nhất thế giới và là nhà máy thứ hai tích hợp công nghệ lưu trữ muối nóng chảy.
Các chuyên gia tin rằng dữ liệu hiệu suất ban đầu mạnh mẽ của Noor III về hiệu suất, tính linh hoạt của thế hệ và tích hợp lưu trữ sẽ làm giảm các vấn đề về độ tin cậy của tháp CSP và lưu trữ, đồng thời giảm chi phí vốn cho các dự án trong tương lai. Tại Trung Quốc, chính phủ đã công bố chương trình tạo ra 6000 MW CSP có bộ lưu trữ. SolarReserve đang hợp tác với Tập đoàn Shenhua thuộc sở hữu nhà nước, công ty xây dựng các nhà máy điện đốt than, để phát triển công suất 1000 MW sản xuất muối nóng chảy CSP. Nhưng liệu những tháp lưu trữ như vậy có tiếp tục được xây dựng? Câu hỏi.
Tuy nhiên, mới hôm nọ, công ty Heliogen, thuộc sở hữu của Bill Gates, đã công bố bước đột phá trong việc sử dụng năng lượng mặt trời tập trung. Heliogen có thể tăng nhiệt độ từ 565°C lên 1000°C. Như vậy, mở ra khả năng sử dụng năng lượng mặt trời trong sản xuất xi măng, thép và các sản phẩm hóa dầu.
Bạn có thể đọc gì khác trên blog?
→
→
→
→
→
Đăng ký của chúng tôi -channel để không bỏ lỡ bài viết tiếp theo nhé! Chúng tôi viết không quá hai lần một tuần và chỉ viết về công việc. Chúng tôi cũng nhắc nhở bạn rằng bạn có thể giải pháp đám mây Cloud4Y.
Chỉ những người dùng đã đăng ký mới có thể tham gia khảo sát. , xin vui lòng.
Nhà máy điện muối lỏng
-
Công nghệ nhuộm
-
Hướng đi đầy hứa hẹn
-
Ban đầu vô nghĩa
-
Phiên bản của bạn (trong phần bình luận)
97 người dùng bình chọn. 36 người dùng bỏ phiếu trắng.
Nguồn: www.habr.com