Cząstki stałe do przechwytywania energii Słońca
Energia słoneczna jest ważnym alternatywnym źródłem energii odnawialnej, pomagającym w złagodzeniu negatywnego wpływu emisji dwutlenku węgla na środowisko naturalne. Systemy skoncentrowanej energii słonecznej (CSP) wykorzystują zwierciadła do skupiania światła słonecznego i pozyskiwania jego ciepła, które potem służy do napędzania silników lub turbin. Jednym z głównych zalet systemu CSP w związku z technologią produkcji bardzo zmiennej energii odnawialnej, takiej jak fotowoltaika czy elektrownie wiatrowe, jest zdolność do zaopatrywania w energię elektryczną na żądanie dzięki systemowi magazynowania ciepła. Aby móc wytwarzać elektryczność w sposób konkurencyjny, konieczna jest poprawa wydajności i bezpieczeństwa instalacji CSP. Jedną z możliwych metod zwiększenia wydajności CSP jest zwiększenie temperatury pracy cieczy przekazującej ciepło (HTF) i środka użytego do magazynowania ciepła. W ramach finansowanego ze środków UE projektu CSP2 (Concentrated solar power in particles) naukowcy zaproponowali wykorzystanie gęstej zawiesiny stałych cząstek jako alternatywy dla cieczy HTF. Wówczas możliwe jest osiągnięcie temperatury pracy w wysokości 750°C przy wydajności w przedziale 70–90%, a zatem znacząco przewyższającej wydajność dotychczasowych systemów CSP, wykorzystujących sole stopione jako ciecz HTF. Członkowie konsorcjum opracowali i uruchomili do użytkowania pilotażowy model odbiornika solarnego o pojemności cieplnej 100–150 kW, który został umieszczony w centrum pieca solarnego o mocy 1 MW Krajowego Centrum Badań Naukowych (NCSR) we Francji. Obwód słoneczny testowano przez osiem godzin przy współczynniku przepływu od ok. 0,7 do 1,8 ton na godzinę. Odbiornik solarny składał się z 16 pionowych rur o długości metra, w których gęsta zawiesina cząstek gazu (DPS) przepływała pionowo w górę. Ciecz HTF płynąca przez rury to DPS. Rury ułożone w grupie tworzą absorber słoneczny (odbiornik), umieszczony na szczycie systemu CSP centralnego odbiornika. Nowy rodzaj HTF jest całkowicie bezpieczny i nie przechodzi w stan stały w niskich temperaturach. Zachowuje się dokładnie tak jak ciecz, mimo że umożliwia działanie w temperaturach wyższych niż 550°C, a nawet do 750°C. Faza stała zawiera dowolny nierozpuszczony minerał odporny na wysokie temperatury. Ponadto może on zostać wykorzystany do przechowywania energii z uwagi na jego wysoką wydajność termiczną. Możliwe jest łatwe i tanie wytwarzanie dużych ilości bez konieczności opracowywania procesów chemicznych. Uczestnicy projektu przeprowadzili także badania nad możliwościami zwiększenia skali produkcji w przemysłowych zakładach CSP. Przeprowadzenie oceny ekonomicznej pozwoliło porównać nową technologię DPS do tej opartej na stopionej soli. Opracowane w projekcie CSP2 rozwiązanie dotyczące wykorzystania cząstek stałych w odbiorniku solarnym to radykalnie odmienna alternatywa dla dotąd stosowanych cieczowych i gazowych HTF. Ponieważ w zwiększonych temperaturach potrzeba mniej materiału przekazującego ciepło, DPS umożliwia budowę elektrowni, w których stosuje się obieg termodynamiczny o wysokiej wydajności, taki jak nadkrytyczny CO2 i obiegi złożone, co w efekcie prowadzi do tańszej eksploatacji.
Słowa kluczowe
Cząstki stałe, skoncentrowana energia słoneczna, ciecz przekazująca ciepło, gęsta zawiesina cząstek gazu, magazynowanie energii cieplnej o wysokiej temperaturze
