Miért érdemes a napenergia ezen formájára koncentrálni?

A modern napelemek annyira jók a napfény elektromos árammá alakításában, hogy a mai lapos paneles fotovoltaik (PV-k) olcsók, hatékonyak, hosszú élettartamúak és bőségesek. Ahogy a múlt hónapban említettem, gazdaságilag jobban teljesítenek koncentrátor fotovoltaikus (CPV-k), amelyek lencsék vagy görbe tükrök segítségével fókuszálják a Nap sugarait az apró napelemekre. Annak ellenére, hogy korai ígéretet mutatnak, a CPV-k ma túl bonyolultnak és drágának tűnnek a sikerhez.

Van azonban egy másik fajta napenergia, amelyet izgalmasnak találok, és amely a napfényt használja fel egy hőtartó folyadék felmelegítésére. A forró folyadék felhasználható víz forralására, a keletkező gőz pedig egy turbinát hajt meg elektromos áram előállítására. Ismert, mint koncentrátoros napenergia (CSP), csak nagy léptékben igazán gazdaságos, de van egy hatalmas előnye. Mivel a CSP-ben lévő folyadékok tárolhatók, az energia elektromos árammá alakítható még akkor is, ha nem süt a Nap.

A koncentrált napenergiának van egy hatalmas előnye: az energia elektromos árammá alakítható még akkor is, ha nem süt a Nap

Szerint Az Egyesült Államok Nemzeti Megújuló Energia Laboratóriuma, a CSP három fő típusát tesztelték az évek során. Először is vannak lineáris koncentrátorrendszerek, amelyek hosszú U-alakú tükrök segítségével gyűjtik össze a Nap energiáját. A motorok aktívan döntik a tükröket a Nap felé, és a napfényt a tükrök hosszában végigfutó csövekre (vevőkre) fókuszálják. A forró folyadékot tartalmazó csöveket általában a tükör fókuszvonala mentén fekvő vályúkba helyezik, bár néha egyetlen csövet több tükör fölé helyeznek.

A CSP egy másik fajtája a tükrös edény inkább mint egy nagy parabolaantenna. A költségek minimalizálása érdekében az edény nem egyetlen szerkezet, hanem általában sok kisebb lapos tükörből áll. Az ívelt felület a napfényt egy hővevőre irányítja és koncentrálja, amely elnyeli és összegyűjti a hőt. A forró folyadék felmelegíti a gázt a klasszikus Stirling-motor egyik változatában, a dugattyúkat mozgatva mechanikus erőt hoz létre, amely generátort hajt meg.

Végül vannak „erőműtorony rendszerek”, amelyek lapos, napkövető tükrök nagy részét használják. Heliosztátként ismertek, és a napfényt a torony tetején lévő vevőre fókuszálják és koncentrálják. A többi CSP-hez hasonlóan a vevőben felmelegített hőátadó folyadék gőzt termel a turbina meghajtásához. A legtöbb olvadt sókat hőátadó folyadékként használja, amely energiát tárolhat éjszakai vagy felhős használatra.

Vegyes vagyonok

90 végéig több mint 2021 CSP működött szerte a világon, Spanyolország és az Egyesült Államok adták a globálisan beépített 6.4 GW-os kapacitás több mint felét. Ilyen például a 110 MW Félholddűnék nevadai létesítmény (amely olvadt sót használ) és a 394 MW Ivanpah projekt Kaliforniában (amely vízen fut). A CSP-k szépsége az, hogy mindegyik rendkívül hatékony. Az elektromos toronyrendszerek (ahol a folyadék hőmérséklete 250–565 °C) az összes napenergia akár 35%-át is képesek elektromos árammá alakítani, míg az 550–750 °C-on üzemelő tányéros rendszerek akár 34%-kal is hatékonyak lehetnek.

Szerint a Nemzetközi Megújuló Energia Szövetség 2021-es jelentése (IREA), a CSP-k kiegyenlített villamosenergia-költsége (LCOE) – egyfajta átlagos nettó költség – meredeken csökkent az elmúlt években. A 2020-ig tartó évtizedben az újonnan üzembe helyezett CSP-gyárak globális súlyozott átlagos LCOE-je 70%-kal, 0.361 USD/kWh-ról 0.107 USD/kWh-ra esett. A csökkenést nagymértékben az okozta, hogy ezek az erőművek egyre magasabb hőmérsékleten tudnak működni, ami csökkenti a tárolási költségeket, és hosszabb ideig üzemel.

Minden a pénzről szól. Miért kudarcot vallanak a látszólag nagyszerű technológiai megoldások?

A 2016 és 2020 között üzembe helyezett üzemek esetében az IRENA jelentése szerint körülbelül négyötödük legalább négy órát, míg 35%-uk legalább nyolc órát tárolt. Ez a tendencia várhatóan még tovább fog gyorsulni, mivel az IRENA már megállapította, hogy a 4.7-ban üzembe helyezett projektek átlagos tárolási ideje 2020 óráról 17.5 órára nőtt a következő évben üzembe helyezett projekteknél. Az átlagos CSP projektméret 2021-ben tekintélyes 110 MW volt.

Aggályok a költségekkel kapcsolatban

De a CSP-rendszerek nem tökéletesek. Sok vizet használnak, és nem olcsó a tükrök tisztán tartása, ami létfontosságú, ha meg akarja őrizni hatékonyságukat. És természetesen ezek a rendszerek csak akkor működnek jól, ha sok a napfény, ami miatt a világ számos részén nem használhatók. Ráadásul a rivális megújuló energiaforrások ára zuhant.

Az IRENA szerint a napelemes PV LCOE 88%-kal, 2010 dollár/kWh-ra esett 0.08 óta, míg a szárazföldi szélenergia 68%-kal, 0.033 dollár/kWh-ra, a tengeri szélenergia pedig 60%-kal, 0.075 dollár/kWh-ra esett. A közelmúltbeli áresés ellenére a CSP továbbra is jóval magasabb, 0.107 dollár/kWh. Ez gazdaságtalanná teszi a CSP-t, bár ez a fő adat tartalmazza az energia tárolásának költségét, amely kimarad a többi LCOE-számból.

Minden ígéret ellenére a koncentrált napelemes rendszerek messze elmaradnak a hagyományos fotovoltaikus napelemek mögött

Minden ígéret ellenére a CSP-k messze elmaradnak a hagyományos napelemes napelem panelektől, amelyek teljes beépített kapacitása 957-ben 2021 GW volt. A napelemes napelemek egyszerűen olyan egyszerű és méretezhető technológia, feltéve, hogy az energiát akkumulátorokban tárolhatja. . Tekintettel az elektromos járművek akkumulátorainak fejlesztésére fordított hatalmas munkamennyiségre, biztos vagyok benne, hogy a napelemes napelemek a hőtárolós CSP-t a következő 20 évben kihozzák a pénzéből.

Ahogy az IRENA 21 jelentés megállapítja: „A CSP erős globális politikai támogatásának hiányában a piac továbbra is kicsi, és az új projektek pályája ambiciózus”. Kiábrándítónak tartom, tekintettel a CSP költségeinek 2010 óta tartó jelentős visszaesésére, valamint arra a képességére, hogy a nap 24 órájában, a hét minden napján, 7 órában elosztható áramot biztosítson elfogadható áron. Sajnálatos módon az energiatermelés a gazdaságosságon múlik – és a CSP mindig utoléri a költségeket.

De talán még nincs veszve minden. Először is, a napelemekhez szükséges akkumulátorok drágulhatnak, mivel ritka anyagokat igényelnek, amelyek egy napon költségessé válhatnak. Másodszor, a kutatások azt sugallják, hogy a CSP-ben tárolt hőt számos „zöld tüzelőanyag” előállítására lehetne felhasználni, például hidrogént vagy ammónia. Talán a CSP-k egy napon még együttműködhetnek ellenségeikkel – a lapos napelemes panellel –, hogy éjjel-nappal áramot és üzemanyagot termeljenek.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/why-you-should-concentrate-on-this-form-of-solar-power/