이러한 형태의 태양열 발전에 집중해야 하는 이유

이러한 형태의 태양열 발전에 집중해야 하는 이유

타임 스탬프 : 6 년 2023 월 4 일 오전 48시 XNUMX 분

제임스 맥켄지 "집광형 태양광 발전"이 우리의 환경 문제에 대한 해답이 될 수 있다고 믿습니다.

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꿈의 들판 네바다주 Ivanpah Solar Power Facility는 수천 개의 거울을 사용하여 탑 꼭대기에 있는 물 탱크에 햇빛을 집중시키고 그 결과 생성된 증기는 터빈을 구동하는 데 사용됩니다. (제공: BrightSource 에너지)

최신 태양 전지는 태양광을 전기로 변환하는 데 매우 뛰어나기 때문에 오늘날의 평면 패널 광전지(PV)는 저렴하고 효율적이며 오래 지속되고 풍부합니다. 지난달에 말씀드린 것처럼, 그들은 경제적으로 능가합니다 집광기 태양 광 (CPV)는 렌즈나 곡면 거울을 사용하여 태양 광선을 작은 태양 전지에 집중시킵니다. 많은 초기 가능성을 보여주었음에도 불구하고 오늘날 CPV는 성공하기에는 너무 복잡하고 비용이 많이 드는 것 같습니다.

하지만 열을 유지하는 액체를 데우기 위해 햇빛을 사용하는 흥미로운 또 다른 종류의 태양 에너지가 있습니다. 뜨거운 유체는 물을 끓이는 데 사용할 수 있으며 그 결과 발생하는 증기는 터빈을 구동하여 전기를 생성합니다. 로 알려진 집광형 태양광 발전(CSP), 그것은 규모가 클 때만 실제로 경제적이지만 한 가지 큰 이점이 있습니다. CSP의 액체는 저장될 수 있기 때문에 태양이 비치지 않을 때에도 에너지를 전기로 변환할 수 있습니다.

집광형 태양광 발전은 태양이 빛나지 않을 때에도 에너지를 전기로 변환할 수 있다는 큰 장점이 있습니다.

이에 따르면 미국 국립 재생 에너지 연구소, CSP의 세 가지 주요 유형이 수년에 걸쳐 테스트되었습니다. 먼저 있습니다 선형 집중 장치 시스템, 긴 U자형 거울을 사용하여 태양 에너지를 수집합니다. 모터는 거울을 태양 쪽으로 능동적으로 기울여 거울 길이에 걸쳐 있는 튜브(수신기)에 햇빛을 집중시킵니다. 뜨거운 유체를 포함하는 튜브는 일반적으로 거울의 초점선을 따라 놓인 홈통에 배치되지만 때로는 단일 튜브가 여러 거울 위에 배치됩니다.

또 다른 종류의 CSP는 거울 접시 오히려 큰 위성 접시처럼. 비용을 최소화하기 위해 접시는 하나의 단일 구조가 아니라 일반적으로 여러 개의 작은 평면 거울로 구성됩니다. 곡면은 열을 흡수하고 수집하는 열 수신기로 햇빛을 집중시키고 집중시킵니다. 뜨거운 유체는 고전적인 스털링 엔진의 버전에서 가스를 가열하고 발전기를 구동하는 기계적 동력을 생성하기 위해 피스톤을 움직입니다.

마지막으로 "파워 타워 시스템", 평평한 태양 추적 거울의 넓은 필드를 사용합니다. 헬리오스탯(heliostats)으로 알려진 이 장치는 탑 꼭대기에 있는 수신기에 햇빛을 집중시키고 집중시킵니다. 다른 CSP와 마찬가지로 리시버에서 가열된 열 전달 유체는 증기를 생성하여 터빈을 구동합니다. 대부분은 용융염을 밤이나 흐릴 때 사용할 에너지를 저장할 수 있는 열 전달 유체로 사용합니다.

엇갈린 운명

90년 말까지 전 세계적으로 2021개 이상의 CSP가 운영되고 있으며 스페인과 미국은 전 세계적으로 설치된 6.4GW 용량의 절반 이상을 차지합니다. 예에는 110MW가 포함됩니다. 초승달 언덕 (용융 염을 사용하는) 네바다의 시설 및 394 MW 이반파 프로젝트 캘리포니아에서 (물로 실행). CSP의 장점은 모두 매우 효율적이라는 것입니다. 타워 시스템(액체가 250–565 °C인 경우)은 모든 태양 에너지의 최대 35%를 전기로 변환할 수 있는 반면 접시 시스템(550–750 °C에서 작동)은 최대 34%까지 효율적일 수 있습니다.

에 따르면 국제재생에너지협회의 2021년 보고서 (IREA), CSP의 평균 순비용의 일종인 LCOE(Levelized Cost of Electricity)는 최근 몇 년 동안 급격하게 떨어졌습니다. 2020년까지 70년 동안 새로 시운전된 CSP 발전소의 글로벌 가중 평균 LCOE는 $0.361/kWh에서 $0.107/kWh로 XNUMX% 감소했습니다. 이러한 감소는 주로 이러한 플랜트가 더 높은 온도에서 작동할 수 있어 보관 비용이 절감되고 더 오랜 기간 동안 작동할 수 있다는 사실에 의해 주도되었습니다.

IRENA 보고서에 따르면 2016년에서 2020년 사이에 시운전된 발전소의 경우 약 35/4.7가 최소 2020시간 동안 저장되었으며 17.5%는 2021시간 이상 저장되었습니다. 이러한 추세는 IRENA가 이미 평균 저장 시간이 110년에 의뢰된 프로젝트의 경우 XNUMX시간에서 다음 해에 의뢰된 프로젝트의 경우 XNUMX시간으로 증가했음을 발견하면서 더욱 가속화될 것으로 예상됩니다. XNUMX년 평균 CSP 프로젝트 규모는 상당한 XNUMXMW였습니다.

비용 문제

그러나 CSP 시스템은 완벽하지 않습니다. 그들은 많은 물을 사용하고 거울을 깨끗하게 유지하는 것은 저렴하지 않습니다. 효율성을 높게 유지하려면 중요합니다. 그리고 물론 이러한 시스템은 햇빛이 많을 때만 잘 작동하기 때문에 세계 여러 지역에서 실용적이지 않습니다. 게다가 경쟁 재생 가능 에너지원의 비용이 급락하고 있습니다.

IRENA에 따르면 태양광 발전의 LCOE는 88년 이후 $2010/kWh로 0.08% 하락한 반면 육상 풍력 발전은 해당 기간 동안 $68/kWh로 0.033% 하락했고 해상 풍력은 $60/kWh로 0.075% 하락했습니다. 최근 가격 하락에도 불구하고 CSP는 훨씬 높은 $0.107/kWh를 유지하고 있습니다. 이 헤드라인 수치에는 다른 LCOE 수치에서 생략된 에너지 저장 비용이 포함되어 있지만 CSP가 비경제적으로 보입니다.

모든 약속에 대해 집중형 태양광 발전 시스템은 기존의 태양광 패널보다 훨씬 뒤떨어져 있습니다.

그럼에도 불구하고 CSP는 957년 총 설치 용량이 2021GW인 기존 태양광 PV 패널보다 훨씬 뒤처져 있습니다. 태양광 PV는 물론 에너지를 배터리에 저장할 수 있다면 매우 쉽고 확장 가능한 기술입니다. . 전기 자동차용 배터리 개발에 들어가는 막대한 양의 작업을 감안할 때 태양광 PV가 향후 20년 동안 열 저장 장치가 있는 CSP를 제공할 것이라고 확신합니다.

IRENA 21 보고서는 다음과 같이 결론을 내립니다. 2010년 이후 CSP 비용이 현저하게 떨어졌고 햇볕이 잘 드는 지역에서 24시간 연중무휴 급전 가능한 전력을 합리적인 가격으로 제공할 수 있는 능력을 감안할 때 실망스럽습니다. 슬프게도 에너지 생산은 경제성에 관한 것입니다. CSP는 항상 비용을 따라잡습니다.

그러나 아마도 모든 것이 손실되지는 않았을 것입니다. 첫째, 태양광 PV에 필요한 배터리는 언젠가는 비용이 많이 들 수 있는 희귀 재료를 필요로 하기 때문에 가격이 급등할 수 있습니다. 둘째, 연구에 따르면 CSP에 저장된 열은 수소 또는 암모니아. 아마도 CSP는 언젠가는 XNUMX시간 내내 전기와 연료를 생산하기 위해 천적인 평평한 태양광 PV 패널과 협력할 수도 있습니다.

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