Cząsteczki płynu oddają ciepło w elektrowni słonecznej nowego projektu
W konstruowanych obecnie elektrowniach skoncentrowanej energii słonecznej (CSP) korzysta się z umieszczonych centralnie odbiorników, które oferują różne możliwości w zakresie stosowania płynów roboczych przekazujących ciepło oraz mediów magazynujących. Zazwyczaj materiały te i procesy rozważa się osobno razem z towarzyszącymi im ograniczeniami. Czasami w charakterze płynu roboczego przekazującego ciepło oraz medium magazynującego energię cieplną używa się rozpuszczonych soli. Stabilność chemiczna soli wyznacza górną granicę temperatury roboczej na 565 °C, co ogranicza skuteczność przekształcania ciepła w elektryczność do około 42 %. Finansowany ze środków UE projekt NEXT-CSP zakłada wykorzystanie upłynnionych materiałów ogniotrwałych (odpornych na degradację termiczną) zarówno w charakterze płynu przekazującego ciepło, jak i medium magazynującego. Ich użycie pozwala podnieść temperaturę roboczą do 750 °C i powinno znacznie zwiększyć sprawność elektrowni CSP.
Ponad wszystkimi
Badacze pracujący nad projektem NEXT-CSP wybrali oliwin (którego odmianą jest perydot), naturalny krzemian magnezu i jeden z najczęściej spotykanych minerałów na ziemi, i z niego uzyskali cząsteczki tworzące płyn przekazujący ciepło. Aby dobrze wykorzystać te cząsteczki, naukowcy musieli wprowadzić znaczące innowacje po stronie technicznej, w tym opracować odpowiednią technologię odbierania energii słonecznej oraz nowy wymiennik ciepła złożony z 1 300 rurek, przez które przepływa sprężone powietrze ze sprężarki turbiny gazowej, a także połączyć je w zaawansowanym cyklu kombinowanym. Technologia została wdrożona w wieży słonecznej CSP składającej się z odbiornika energii słonecznej, strony gorącej, wymiennika ciepła, turbiny gazowej i strony zimnej. Koordynator projektu Gilles Flamant z francuskiego Krajowego Centrum Badań Naukowych (CNRS) wyjaśnia: „Na szczycie wierzy, po stronie zimnej płyn transportujący ciepło jest podgrzewany światłem słonecznym odbitym w stronę nowo zaprojektowanego odbiornika zawierającego układ wielu rurek. Płyn przepływa do zbiornika ciepła, gdzie można go zmagazynować do chwili, gdy będzie potrzebny. Gdy to nastąpi, płyn przepływa przez wymiennik ciepła, w którym cząsteczki oddają ciepło do sprężonego powietrza zasilającego turbinę”. Po pokonaniu trudności związanych z ograniczeniami przestrzennymi i wagowymi związanymi z planowanym umiejscowieniem komponentów na szczycie wieży, wszystkie one zostały zamontowane na wieży słonecznej o mocy 5 MW THEMIS we Francji, gdzie ich działanie poddano ocenie.
Więcej wież, zwiększanie mocy w planowanej elektrowni komercyjnej
Z myślą o elektrowni przewidzianej do obsługi komercyjnej (150 MW) naukowcy zaadaptowali koncepcję przeznaczoną do wykorzystania w wielu wieżach, mając na celu zwiększenie ogólnej sprawności cyklu w typowej elektrowni słonecznej z 42 % do 48,8 %. Nowe rozwiązanie może funkcjonować także jako „szczytowa” elektrownia słoneczna – przechowywać ciepło zaabsorbowane podczas dnia, które następnie, w nocy, w godzinach najwyższego zapotrzebowania na elektryczność i przy najwyższej taryfie, jest dostarczane do zakładu. Flamant podsumowuje: „Spodziewamy się, że w takich warunkach znamionowa sprawność elektrowni słonecznej używającej cząstek upłynnionych będzie około 20 % większa niż w przypadku stosowanych obecnie rozwiązań technologicznych, zakładających użycie w wieżach roztworów soli. Projekt powinien także obniżyć cenę elektryczności o około 25 % i znacząco zredukować kosz wytwarzania medium magazynującego. Udało się nam z powodzeniem wykazać, że cząstki stałe mogą być istotną i opłacalną alternatywą dla wykorzystywania cieczy do gromadzenia i magazynowania energii słonecznej w elektrowniach słonecznych”. Twórcom innowacyjnej technologii opracowanej podczas trwania projektu NEXT-CSP przyznano patent na rynku globalnym. W przeciągu dziesięciu lat powinien rozpocząć się proces komercjalizacji projektu, dzięki czemu konsumenci otrzymają dostęp do czystej i bezpiecznej energii słonecznej, bardziej zielonego rozwiązania przechowywania energii słonecznej niż ogniwa elektrochemiczne, a branża zyska przewagę konkurencyjną.
Słowa kluczowe
NEXT-CSP, słoneczny, ciepło, moc, elektryczność, CSP, wieża, cząstki, upłynnienie, rozpuszczone sole, medium magazynujące, wymiennik ciepła, szczytowa elektrownia słoneczna, skoncentrowana energia słoneczna