Jak działa technologia CSP w elektrowniach słonecznych?
Technologia CSP wykorzystuje lustra do skupiania ciepła słonecznego (słonecznej energii cieplnej) w celu obracania turbin parowych lub silników, generując energię elektryczną. Operatorzy elektrowni mogą również magazynować energię generowaną przez elektrownie CSP w celu późniejszej produkcji energii elektrycznej. Istnieje kilka rodzajów technologii energetycznych CSP, w tym rynna paraboliczna, kompaktowy liniowy reflektor Fresnela, wieża energetyczna i silnik talerzowy.
Podobnie jak elektrownie kopalne i jądrowe, elektrownie CSP powszechnie wykorzystują chłodzenie na mokro, proces, który polega na chłodzeniu turbin parowych wodą. Niestety, jest to proces wymagający dużej ilości wody, co stanowi problem na obszarach o ograniczonej dostępności wody. Istnieje inna technika zwana chłodzeniem suchym, ale wykorzystuje ona wentylatory do chłodzenia turbin, a zatem nie jest tak energooszczędna.
Niektóre elektrownie CSP to systemy hybrydowe, które wykorzystują paliwa kopalne, takie jak gaz ziemny, wraz z energią słoneczną. Powoduje to jednak emisję gazów cieplarnianych. Oprócz wytwarzania energii elektrycznej, technologia CSP może być również wykorzystywana do odsalania i wytwarzania ciepła procesowego.
Rodzaje technologii CSP wykorzystywanych w słonecznych elektrowniach cieplnych.
W Stanach Zjednoczonych stosuje się kilka rodzajów technologii CSP, które mają pewne wspólne cechy. Wszystkie wykorzystują lustra do skupiania światła słonecznego na centralnym odbiorniku, w którym krąży płyn. Elektrownie CSP działają w wysokich temperaturach i wykorzystują energię cieplną do produkcji energii. Przyjrzyjmy się różnym typom elektrowni CSP.
Parabola/Przelotowa.
Systemy paraboliczne wykorzystują długie, prostokątne lustra w kształcie litery U do skupiania światła słonecznego na rurach odbiorczych, które biegną wzdłuż luster. Płyn przepływający przez rury jest podgrzewany i przesyłany do wymiennika ciepła w celu zagotowania wody w generatorze pary. W zależności od projektu systemu, niektóre elektrownie mają lustra, które mogą śledzić słońce.
Zazwyczaj lustra są ustawione w układzie północ-południe, aby zmaksymalizować koncentrację energii słonecznej, ponieważ pozwala im to śledzić słońce, gdy porusza się ono ze wschodu na zachód po niebie i skupiać światło słoneczne w sposób ciągły na rurach. W Stanach Zjednoczonych istnieje kilka takich elektrowni słonecznych zlokalizowanych w Arizonie, Nevadzie i Kalifornii.
Naczynie.
Systemy anten słonecznych składają się z lustrzanej anteny o kształcie podobnym do dużej anteny satelitarnej. Liczne małe, płaskie lustra kierują i koncentrują światło słoneczne na odbiorniku słonecznym, który pochłania je i przekazuje do generatora silnika.
Talerz słoneczny skierowany jest bezpośrednio na słońce i koncentruje energię w punkcie centralnym, a temperatura płynu może osiągnąć temperaturę 1380°F lub wyższą. Obecnie w Stanach Zjednoczonych nie ma żadnych komercyjnych projektów wykorzystujących anteny słoneczne na skalę użytkową, jednak technologia CSP z antenami parabolicznymi może być również wykorzystywana w projektach na mniejszą skalę z jedną małą anteną.
Wieża energetyczna.
Elektrownie te składają się z systemu wież energii słonecznej z heliostatami, które koncentrują światło słoneczne na odbiorniku na szczycie wieży. Chociaż niektóre elektrownie wykorzystują wodę jako płyn przenoszący ciepło, prowadzone są eksperymenty ze stopioną solą azotanową, ze względu na jej doskonałe właściwości przenoszenia ciepła i magazynowania energii. Ponieważ wieże solarne mogą magazynować ciepło, mogą one produkować energię w razie potrzeby.
Opisana powyżej wieżowa elektrownia słoneczna Ivanhap jest jedną z dwóch działających w Stanach Zjednoczonych.
Magazynowanie energii CSP.
Elektrownie CSP wykorzystują promieniowanie słoneczne do wytwarzania energii, ale ciepło może być również magazynowane do późniejszego wykorzystania. Przetestowano i wdrożono kilka technologii magazynowania energii cieplnej, w tym dwuzbiornikowy system bezpośredni, jednozbiornikowy system termoklinowy i dwuzbiornikowy system pośredni. Systemy magazynowania CSP są testowane i używane od 1985 roku.
Dzięki temu elektrownie te mogą być elastyczną opcją generowania energii, gdy jest ona najbardziej potrzebna, nawet jeśli energia słoneczna jest niedostępna. Dlatego też możliwości magazynowania energii pozwalają energii odnawialnej generować większy udział w całkowitym koszyku energetycznym, zapewniając jednocześnie zrównoważone i niezawodne dostawy energii.
Technologia CSP dla zakładów odsalania.
Wiele regionów o wystarczającym nasłonecznieniu, aby posiadać elektrownie CSP, cierpi również na niedobór wody. Obszary te często polegają na zakładach odsalania na skalę przemysłową, ale obiekty te wymagają dużej ilości energii do działania. Dlatego też zakłady odsalania CSP mogą rozwiązać dwa największe problemy ludzkości: zapotrzebowanie na czystą energię i zrównoważone zaopatrzenie w wodę.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące technologii CSP i słonecznych elektrowni cieplnych.
Przyjrzyjmy się niektórym z najczęściej zadawanych pytań dotyczących tej technologii solarnej.
Jak wypada porównanie CSP i fotowoltaiki?
Panele fotowoltaiczne wykorzystują światło, a nie ciepło, do wytwarzania energii elektrycznej. Zarówno CSP, jak i fotowoltaika są wykorzystywane w elektrowniach na skalę przemysłową, ale technologia PV jest znacznie bardziej rozpowszechniona i nie wymaga wody do chłodzenia. Elektrownie fotowoltaiczne na skalę przemysłową są również łatwiejsze w budowie niż obiekty CSP i nie wymagają tak wysokiego poziomu promieniowania słonecznego jak CSP.
Dlatego też elektrownie fotowoltaiczne na skalę użytkową są bardziej powszechne, nawet w stanach o umiarkowanym poziomie promieniowania słonecznego. Z kolei elektrownie CSP są powszechnie zlokalizowane w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych, Hiszpanii, Maroku, Indiach, RPA, Izraelu i Australii, ze względu na ich doskonałe zasoby energii słonecznej.
Technologia CSP ma jednak kilka wyraźnych zalet. Wytwarza energię prądu przemiennego (AC), więc nie jest potrzebny falownik. Podobnie, elektrownie CSP są często zaprojektowane do magazynowania ciepła w celu generowania energii elektrycznej w późniejszym czasie. Oznacza to, że elektrownie CSP mogą być wykorzystywane do zaspokajania szczytowego zapotrzebowania na energię, ponieważ moc jest dyspozycyjna.
Jednak technologie magazynowania energii na skalę użytkową dla systemów fotowoltaicznych, które wykorzystują baterie litowo-jonowe, znacznie się rozwinęły w ostatnich latach. Jednak te bateryjne systemy magazynowania energii (BESS) są zwykle stosunkowo małe w porównaniu do możliwości magazynowania energii przez elektrownie CSP. Wraz z rozwojem technologii akumulatorów i spadkiem kosztów, BESS w instalacjach fotowoltaicznych będą prawdopodobnie miały większe pojemności i staną się bardziej powszechne.
Jaka jest największa elektrownia CSP na świecie?
Elektrownia słoneczna Noor Complex w Maroku ma moc 580 megawatów, co wystarcza do zaspokojenia potrzeb energetycznych 1 miliona ludzi. Elektrownia CSP zużywa do 3 milionów metrów sześciennych wody i do 19 ton oleju napędowego dziennie, aby utrzymać mieszaninę stopionej soli i oleju syntetycznego w płynie przenoszącym ciepło w odpowiednich temperaturach roboczych.
Jakie są zalety i wyzwania związane z technologią CSP?
Technologia CSP oferuje szereg korzyści, w tym generowanie energii elektrycznej nawet wtedy, gdy słońce nie świeci, dzięki magazynowaniu energii cieplnej. Sprawia to, że CSP jest niezawodnym i dyspozycyjnym źródłem energii odnawialnej. Ponadto technologia CSP może osiągnąć wysoką sprawność cieplną i może być zintegrowana z procesami przemysłowymi wymagającymi ciepła o wysokiej temperaturze.
Technologia CSP stoi jednak również przed wyzwaniami. Początkowe koszty kapitałowe elektrowni CSP są wysokie i wymagają one znacznych ilości ziemi i wody, co może być czynnikiem ograniczającym. Dlatego też systemy CSP są generalnie najlepiej dostosowane do obszarów o wysokim bezpośrednim nasłonecznieniu, co ogranicza ich geograficzne zastosowanie. Postęp technologiczny i korzyści skali mają zasadnicze znaczenie dla obniżenia kosztów i rozszerzenia zastosowania technologii CSP.
Dużą zaletą technologii CSP jest jej zdolność do magazynowania ciepła w celu generowania czystej energii, gdy zapotrzebowanie na moc jest najwyższe. Dzięki temu CSP może konkurować z innymi dyspozycyjnymi źródłami energii, takimi jak gaz ziemny.