Nowe materiały pozwolą wykorzystać potencjał energii słonecznej
Elektrownia skoncentrowanej energii słonecznej (ang. concentrated solar power, CSP) wykorzystuje zwierciadła, które odbijają światło słoneczne w kierunku scentralizowanego odbiornika. Wewnątrz odbiornika znajduje się materiał, zwykle w postaci płynnej, choć równie dobrze może to być gaz, który ulega podgrzaniu pod wpływem skoncentrowanej energii słonecznej. „To, co jest szczególnie interesujące w przypadku elektrowni CSP, to fakt, że możliwe jest otrzymanie dwóch wektorów energii – ciepła i prądu elektrycznego (dzięki turbinie)”, wyjaśnia Monica Della, koordynatorka ds. technicznych projektu IN-POWER, kierująca pionem technologii konwersji energii i fotoniki w hiszpańskim przedsiębiorstwie LEITAT (strona w języku hiszpańskim). „Takie rozwiązanie niesie szereg korzyści, ponieważ do niektórych procesów potrzebne jest samo ciepło”. Z drugiej strony, panele fotowoltaiczne (PV) wytwarzają wyłącznie prąd elektryczny, a wydajność konwersji prądu w ciepło może być niska. „Zaletą elektrowni CSP jest ponadto możliwość dostosowywania temperatur”, mówi Della. „W przemyśle produkcji żywności i napojów zwykle stosuje się temperatury rzędu 100–200 stopni Celsjusza w celu wyeliminowania zanieczyszczeń w procesie pasteryzacji”. Z kolei w przemyśle ciężkim nierzadko uzyskuje się ekstremalnie wysokie temperatury, a elektrownia CSP może posłużyć do wytworzenia ciepła na potrzeby procesów technologicznych o temperaturze nawet 400–500 stopni Celsjusza.
Nowe materiały kompozytowe
Potencjał technologii CSP jest duży, potrzebuje jednak wkładu ze strony przemysłu, aby mogła się rozpowszechnić. „Nasz pomysł opierał się na ograniczeniu kosztów i osiągnięciu wysokiej wydajności operacyjnej”, mówi Della. Badacze postanowili zademonstrować efekty swoich prac w pełnej skali w pilotażowej elektrowni na południu Hiszpanii. Na początek znaleźli tańsze i lżejsze materiały do konstrukcji zwierciadeł i struktur podtrzymujących. „Zwierciadła CSP praktycznie niczym nie różnią się od luster, jakie wiszą w łazienkach – to tafla szkła pokryta od tyłu warstwą aluminium”, mówi Della. „Problem w tym, że są one dość ciężkie. Aby przestawić zwierciadło, by mogło skupiać światło, potrzebujemy dużej ilości energii”. Dlatego badacze zdecydowali się opracować nowe materiały kompozytowe. Pomogły one wyraźnie zmniejszyć ciężar i ślad węglowy całej konstrukcji, a dzięki wykorzystaniu wysoce odblaskowych materiałów polimerowych pokrytych powłoką chroniącą przed zabrudzeniem otrzymano zwierciadła następnej generacji. „Skupiliśmy się również na magazynowaniu energii cieplnej”, dodaje Della. „Jest to dla nas sprawa kluczowa. Jeżeli elektrownia posiada wydajny system magazynowania energii, wówczas może działać 24 godziny na dobę”. Dlatego do opracowania takiego systemu zespół i tym razem wykorzystał innowacyjne, nowe materiały kompozytowe. Badacze zdecydowali się zmniejszyć zbiorniki na ciepło słoneczne, a dzięki nowej powłoce absorbującej światło odnotowali wyraźnie mniejszą ucieczkę ciepła.
Wykazanie możliwości zastosowania w przemyśle
W ramach drugiej części projektu opracowane innowacje zostały przetestowane w pilotażowej elektrowni. Zespół mógł w ten sposób sprawdzić skuteczność nowych materiałów – zwierciadeł, konstrukcji i powłok – oraz wykazać, że rozwiązania te można z powodzeniem wdrożyć do przemysłu. „Elektrownia pilotażowa przypomina salon wystawowy, gdyż pozwala zademonstrować przyszłym klientom, jak działa nasza technologia”, wyjaśnia Della. „Dwóch lub trzech producentów napojów już wyraziło zainteresowanie naszym rozwiązaniem”. Choć projekt dobiegł końca z początkiem bieżącego roku, elektrownia pilotażowa wciąż pracuje. „Chcemy kontynuować jej działanie przez kilka kolejnych lat, aby sprawdzić, jak długie są cykle życia poszczególnych komponentów”, dodaje badaczka. „Są to całkiem nowe materiały, dlatego musimy przekonać naszych partnerów przemysłowych, że ich żywotność nie stanowi problemu”. Wykorzystanie elastycznych materiałów odblaskowych na bazie polimeru otwiera ponadto przed zespołem możliwość opracowania nowych geometrii. Nowe konstrukcje mogłyby zaś prowadzić do nowych zastosowań. Kolejnym możliwym krokiem jest opracowanie hybrydowej elektrowni CSP-PV. „W naszej elektrowni pilotażowej prowadzone będą kolejne badania, a ponadto istnieje możliwość jej wykorzystania do celów przyszłych projektów”, podsumowuje badaczka.
Słowa kluczowe
IN-POWER, słoneczna, cieplna, energia, elektryczność, chemikalia, CSP, polimer