Nowatorskie komponenty umożliwiające opłacalne generowanie i przechowywanie ciepła z energii słonecznej odpowiadającego wysokiej temperaturze
Finansowany ze środków UE projekt CAPTure ma na celu znaczne zwiększenie konkurencyjności systemów CSP przez wdrożenie innowacyjnej koncepcji wysokowydajnej elektrowni oraz inteligentną kalibrację i masową produkcję zwierciadeł, które odbijają promienie słoneczne w kierunku niewielkiego odbiornika. Tam z kolei dochodzi do generacji ciepła wysokotemperaturowego. Koordynator projektu Fritz Zaversky zauważa: „Oba sposoby mają szansę znacząco zredukować jednostkowy koszt wytwarzania energii elektrycznej (LCOE)”. Elektrownia słoneczna może wytwarzać znacznie więcej energii elektrycznej na pole powierzchni zwierciadła niż ma to miejsce w przypadku stosowania konwencjonalnych rozwiązań. Ponadto uproszczona obsługa zwierciadeł – ograniczenie kosztów eksploatacji i konserwacji – oraz produkcja masowa zwierciadeł doprowadzi do znacznego ograniczenia kosztów. Zaversky wyjaśnia: „W ten sposób wyższa sprawność konwersji – wyższa wartość energii wyjściowej – i niższe koszty inwestycyjne, eksploatacyjne i konserwacyjne będą skutkować obniżeniem LCOE i sprawią, że elektrownie CSP staną się bardziej konkurencyjne”.
Opłacalna generacja i magazynowanie ciepła z energii słonecznej odpowiadającego wysokiej temperaturze
Partnerzy projektu opracowali trzy kluczowe komponenty, aby osiągnąć wyższą sprawność konwersji: odbiornik słoneczny, regeneracyjny wymiennik ciepła oraz pole słoneczne (lustra i elementy śledzące). Lustra skupiają promienie słoneczne na odbiorniku, w którym dochodzi do podgrzania powietrza atmosferycznego do wysokiej temperatury (1 000 °C). Ciepło jest wymieniane między strumieniem sprężonego powietrza a strumieniem powietrza atmosferycznego wypływającego z odbiornika słonecznego przez układ regeneracyjnej wymiany ciepła. Turbina gorącego powietrza przekształca ciepło na energię elektryczną. Zaversky mówi: „Najbardziej znaczącym osiągnięciem projektu CAPTure było zakończone powodzeniem zaprojektowanie, wyprodukowanie i uruchomienie prototypu o mocy 300 kWth, który został zainstalowany w ośrodku badań słonecznych w południowej Hiszpanii”. Prototyp zawiera wszystkie trzy elementy, a także układ rur i zaworów. Ponadto zespół pracujący nad projektem CAPTure zaprojektował zminiaturyzowaną wersję zwierciadła śledzącego tor ruchu Słońca, czyli tak zwany heliostat, zoptymalizowaną pod kątem opłacalności produkcji.
Poszczególne komponenty wydają się być obiecujące
Członkowie zespołu skutecznie ocenili kluczowe komponenty i koncepcję konfiguracji elektrowni w warunkach rzeczywistego zastosowania. Udało się im wykazać, że nie ma technicznych przeciwwskazań dla realizacji tej koncepcji. Optymalizacja techniczno-ekonomiczna oraz analiza porównawcza dowiodły potencjału koncepcji elektrowni. Wyniki dowodzą, że technologia odbiornika powietrznego stanowi bardzo obiecujące rozwiązanie mogące prowadzić do uzyskania wydajnej elektrowni słonecznej pracującej w cyklu łączonym. Dzięki niej można osiągnąć około 30 % szczytowej wydajności konwersji energii słonecznej na energię elektryczną, co stanowi znaczną poprawę w stosunku do najnowocześniejszej technologii, która zapewnia wartości około 21 %. W tej chwili proponowany układ elektrowni nie jest rentowny we wdrożeniach na dużą skalę i przy dużej wydajności. Jednak przyniesie korzyści w wielu innych zastosowaniach. Zaversky podsumowuje: „Komponenty okażą się niezmiernie przydatne w różnych zastosowaniach”. W szczególności odbiornik energii słonecznej i system regeneracyjny można wykorzystać do wysokowydajnej integracji ciepła słonecznego w kilku procesach. System regeneracyjny może działać jako środek do wysokotemperaturowego magazynowania energii cieplnej, ekonomiczny wymiennik ciepła między obiegami powietrza atmosferycznego i sprężonego powietrza. Może być również stosowany jako reaktor chemiczny do termochemicznego magazynowania energii o dużej gęstości lub w innych typach reaktorów wysokotemperaturowych.
Słowa kluczowe
CAPTure, ciepło, energia, elektrownia, elektryczność, ciepło słoneczne, energia słoneczna, CSP
