Dlaczego warto skoncentrować się na tej formie energii słonecznej

Nowoczesne ogniwa słoneczne są tak dobre w przekształcaniu światła słonecznego w energię elektryczną, że dzisiejsze panele fotowoltaiczne (PV) są tanie, wydajne, trwałe i dostępne w dużych ilościach. Jak wspomniałem w zeszłym miesiącu, ekonomicznie przewyższają fotowoltaika koncentratorowa (CPV), które wykorzystują soczewki lub zakrzywione lustra do skupiania promieni słonecznych na maleńkich ogniwach słonecznych. Pomimo obiecującego początku, obecnie CPV wydają się zbyt skomplikowane i kosztowne, aby odnieść sukces.

Jest jednak inny rodzaj energii słonecznej, który uważam za ekscytujący, który wykorzystuje światło słoneczne do ogrzania cieczy zatrzymującej ciepło. Gorący płyn można wykorzystać do zagotowania wody, a powstająca para napędza turbinę do wytwarzania energii elektrycznej. Znany jako koncentrator energii słonecznej (CSP), jest naprawdę ekonomiczny tylko na dużą skalę, ale ma jedną ogromną zaletę. Ponieważ płyny w CSP mogą być magazynowane, energia może być przekształcana w energię elektryczną nawet wtedy, gdy nie świeci słońce.

Skoncentrowana energia słoneczna ma jedną ogromną zaletę: energię można przekształcić w energię elektryczną nawet wtedy, gdy Słońce nie świeci

Według Amerykańskie Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej, przez lata testowano trzy główne rodzaje CSP. Najpierw są systemy koncentratorów liniowych, które wykorzystują długie lustra w kształcie litery U do zbierania energii słonecznej. Silniki aktywnie przechylają lustra w kierunku Słońca, skupiając światło słoneczne na rurkach (odbiornikach) biegnących wzdłuż luster. Rury zawierające gorący płyn są zwykle umieszczane w korytach leżących wzdłuż linii ogniskowej lustra, chociaż czasami pojedyncza rurka jest umieszczana nad wieloma lustrami.

Inny rodzaj CSP wykorzystuje a lustrzane naczynie raczej jak duża antena satelitarna. Aby zminimalizować koszty, czasza nie jest pojedynczą strukturą, ale zwykle składa się z wielu mniejszych płaskich luster. Zakrzywiona powierzchnia kieruje i skupia światło słoneczne na odbiorniku ciepła, który pochłania i gromadzi ciepło. Gorący płyn podgrzewa gaz w wersji klasycznego silnika Stirlinga, poruszając tłoki w celu wytworzenia energii mechanicznej, która napędza generator.

Wreszcie są „systemy wież energetycznych”, które wykorzystują duże pole płaskich luster śledzących Słońce. Znane jako heliostaty, skupiają i koncentrują światło słoneczne na odbiorniku na szczycie wieży. Podobnie jak w przypadku innych CSP, płyn przenoszący ciepło podgrzewany w odbiorniku wytwarza parę napędzającą turbinę. Większość używa stopionych soli jako płynu przenoszącego ciepło, który może przechowywać energię do użytku w nocy lub gdy jest pochmurno.

Mieszane fortuny

Do końca 90 r. na całym świecie działało ponad 2021 CSP, przy czym Hiszpania i Stany Zjednoczone odpowiadały za ponad połowę globalnie zainstalowanej mocy wynoszącej 6.4 GW. Przykłady obejmują 110 MW Półksiężyc Wydmy w Nevadzie (który wykorzystuje stopioną sól) i 394 MW Projekt Ivanpah w Kalifornii (która działa na wodzie). Piękno CSP polega na tym, że wszystkie są bardzo wydajne. Systemy wież energetycznych (w których płyn ma temperaturę 250–565 ° C) mogą przekształcić do 35% całej energii słonecznej w energię elektryczną, podczas gdy systemy talerzy (pracujące w temperaturze 550–750 ° C) mogą mieć wydajność nawet o 34%.

Zgodnie z raport z 2021 r. sporządzony przez Międzynarodowe Stowarzyszenie Energii Odnawialnej (IREA), uśredniony koszt energii elektrycznej (LCOE) – rodzaj średniego kosztu netto – CSP gwałtownie spadł w ostatnich latach. W ciągu dekady do 2020 r. światowy średni ważony LCOE nowo uruchomionych elektrowni CSP spadł o 70% z 0.361 USD/kWh do 0.107 USD/kWh. Redukcje wynikały w dużej mierze z faktu, że elektrownie te mogą pracować w coraz wyższych temperaturach, co obniża koszty magazynowania i pozwala im pracować przez dłuższy czas.

To wszystko o pieniądzach. Dlaczego z pozoru świetne rozwiązania technologiczne mogą czasem zawieść

W przypadku elektrowni oddanych do użytku w latach 2016-2020 raport IRENA wykazał, że około cztery piąte miało co najmniej cztery godziny składowania, podczas gdy 35% miało osiem godzin lub więcej. Oczekuje się, że trend ten jeszcze przyspieszy, ponieważ IRENA już odkryła, że ​​średni czas przechowywania wzrósł z 4.7 godziny dla projektów oddanych do użytku w 2020 r. do 17.5 godziny dla projektów oddanych do użytku w kolejnym roku. Średnia wielkość projektu CSP w 2021 r. wyniosła przyzwoite 110 MW.

Obawy o koszty

Ale systemy CSP nie są doskonałe. Zużywają dużo wody, a utrzymanie luster w czystości nie jest tanie, co jest niezbędne, jeśli chcesz zachować ich wysoką wydajność. I oczywiście systemy te działają dobrze tylko wtedy, gdy jest dużo światła słonecznego, co czyni je niepraktycznymi w wielu częściach świata. Co więcej, koszt konkurencyjnych odnawialnych źródeł energii gwałtownie spada.

Według IRENA, LCOE dla fotowoltaiki spadło o 88% od 2010 roku do 0.08 USD/kWh, podczas gdy lądowa energia wiatrowa spadła w tym czasie o 68% do 0.033 USD/kWh, a morska energia wiatrowa spadła o 60% do 0.075 USD/kWh. Pomimo niedawnego spadku ceny, CSP pozostaje na znacznie wyższym poziomie 0.107 USD/kWh. Sprawia to, że CSP wygląda na nieekonomiczne, chociaż ta główna liczba obejmuje koszt magazynowania energii, który jest pomijany w innych liczbach LCOE.

Mimo całej obietnicy skoncentrowane systemy energii słonecznej pozostają daleko w tyle za konwencjonalnymi panelami fotowoltaicznymi

Mimo wszystkich obietnic CSP pozostają daleko w tyle za konwencjonalnymi panelami fotowoltaicznymi, których łączna moc zainstalowana wyniosła 957 GW w 2021 r. Fotowoltaika to po prostu taka łatwa i skalowalna technologia, pod warunkiem oczywiście, że można przechowywać energię w bateriach . Biorąc pod uwagę ogromną ilość pracy włożonej w opracowanie akumulatorów do pojazdów elektrycznych, jestem pewien, że fotowoltaika słoneczna da CSP z magazynowaniem ciepła szansę na swoje pieniądze w ciągu najbliższych 20 lat.

Jak podsumowuje raport IRENA 21: „Brak silnego globalnego wsparcia politycznego dla CSP, rynek pozostaje mały, a plany nowych projektów mało ambitne”. Uważam to za rozczarowujące, biorąc pod uwagę znaczny spadek kosztów CSP od 2010 roku i jego zdolność do dostarczania dyspozycyjnej energii 24/7 na nasłonecznionych obszarach za rozsądną cenę. Niestety, produkcja energii opiera się wyłącznie na ekonomii – a CSP zawsze nadrabia zaległości kosztowe.

Ale być może nie wszystko stracone. Po pierwsze, ceny baterii potrzebnych do fotowoltaiki mogą gwałtownie wzrosnąć, ponieważ wymagają rzadkich materiałów, które pewnego dnia mogą stać się kosztowne. Po drugie, badania sugerują, że ciepło zmagazynowane w CSP mogłoby zostać wykorzystane do produkcji szeregu „zielonych paliw”, takich jak wodór lub amoniak. Być może pewnego dnia CSP mogą nawet współpracować ze swoim nemezis – płaskim panelem fotowoltaicznym – w celu produkcji energii elektrycznej i paliwa przez całą dobę.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/why-you-should-concentrate-on-this-form-of-solar-power/