Niewielkie systemy solarne o wielkim potencjale
Budynki zużywają około 40 % ogólnoświatowej energii i emitują około jednej trzeciej gazów cieplarnianych, co czyni je kluczowym celem działań dążących do zwiększenia efektywności energetycznej i ograniczenia emisji. W ramach finansowanego ze środków UE projektu Innova MicroSolar powstał wysokowydajny, ekonomiczny system koncentrowania energii słonecznej (ang. concentrating solar power, CSP) przeznaczony do wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej na małą skalę.
CSP na potrzeby najmniejszej na świecie turbiny opartej na organicznym obiegu Rankine’a
Systemy fotowoltaiczne wykorzystują światło słoneczne do wytwarzania energii elektrycznej bezpośrednio przez ogniwa fotowoltaiczne oparte na półprzewodnikach. Systemy CSP wykorzystują urządzenia odbijające, takie jak lustra, do pozyskiwania ciepła słonecznego. Liniowe odbłyśniki Fresnela są mniej skomplikowane oraz bardziej opłacalne i wydajne niż inne systemy. Lustra skupiają światło słoneczne na liniowej tubie odbiorczej. Podgrzewany płyn roboczy generuje bezpośrednio parę, eliminując konieczność stosowania skomplikowanych i drogich wymienników ciepła. Para jest następnie wykorzystywana do wprawienia w ruch turbiny, która napędza generator w celu wytworzenia energii elektrycznej. „Zespół projektu Innova MicroSolar opracował nowatorski, lekki zespół skupiający energię słoneczną z liniowego odbłyśnika Fresnela, wykorzystujący Therminol 62, syntetyczny płyn do wymiany ciepła. System pracował w umiarkowanych temperaturach od 220 ⁰C do 280 ⁰C”, wyjaśnia Khamid Mahkamov z Uniwersytetu Nortumbryjskiego i koordynator projektu. System ten sprzężono z turbiną opartą na mikroorganicznym obiegu Rankine’a wykorzystującą organiczny płyn roboczy o niskiej temperaturze wrzenia, co umożliwiło generowanie pary za sprawą ciepła niskotemperaturowego. „2-kilowatowa turbina elektryczna Innova MicroSolar oparta na organicznym obiegu Rankine’a jest najmniejszym tego typu rozwiązaniem na świecie”, dodaje Mahkamov.
Innowacyjne przechowywanie energii cieplnej na potrzeby CSP
CSP można połączyć z przechowywaniem energii cieplnej (ang. thermal energy storage, TES) za pomocą materiałów zmiennofazowych (ang. phase change material, PCM), aby móc efektywnie wykorzystać ciepło słoneczne, gdy akurat nie świeci słońce. „Opracowaliśmy nowatorską konstrukcję PCM-TES z odwracalnymi rurkami cieplnymi do przekazywania energii cieplnej z płynu Therminol 62 do PCM i w odwrotnym kierunku, zapewniając rozwiązaniu kompaktowe wymiary i wysoką wydajność. Nowy PCM opracowano na bazie soli słonecznej (mieszaniny stopionych soli) i grafitu ekspandowanego, który 20-krotnie zwiększa przewodność cieplną soli słonecznej”, wyjaśnia Mahkamov. TES może zasilać turbinę opartą na organicznym obiegu Rankine’a do 4 godzin bez światła słonecznego.
Małoskalowa energia elektryczna i cieplna z energii słonecznej o ograniczonej emisji
Elektrownia Innova MicroSolar dostarczająca 2 kilowaty energii elektrycznej i 18 kilowatów energii cieplnej została przetestowana w Hiszpanii i wykazano, że może osiągnąć docelową moc w okresie wiosenno-letnio-jesiennym. W okresie zimowym energia cieplna wytwarzana przez elektrownię słoneczną była wykorzystywana bezpośrednio do podgrzewania wody na potrzeby gospodarstw domowych. Mahkamov dodaje: „System zapewnia największe oszczędności energii w południowych krajach UE, w niektórych pokrywając całe zapotrzebowanie na energię elektryczną. W innych miejscach pokrywa od 20 do 60 % zapotrzebowania. W przypadku zastosowania w jednorodzinnym budynku mieszkalnym zmniejsza emisję CO2 o 70–95 % w krajach południowych i średnio o około 30 % mniej w innych krajach”. Analiza techniczno-ekonomiczna i środowiskowa potwierdziła wysoce konkurencyjną pozycję tego rozwiązania w stosunku do innych zaawansowanych technologii energii odnawialnej. Organizacje handlowe i rządowe w regionie Zatoki Perskiej, Indiach, Włoszech, Ameryce Łacińskiej i Nigerii prowadzą rozmowy mające na celu przyjęcie tej technologii. Następnym przystankiem jest Sardynia, gdzie wydajność systemu Innova Microsolar zostanie zoptymalizowana podczas dostarczania energii do lokalnych szkół i obiektu szkoleniowego uczelni technicznej. Niezawodna, opłacalna i niezależna produkcja energii elektrycznej i cieplnej z odnawialnych źródeł energii trafia do małych budynków na całym świecie.
Słowa kluczowe
Innova Microsolar, energia słoneczna, CSP, emisja, TES, liniowy odbłyśnik Fresnela, organiczny obieg Rankine’a, przechowywanie energii cieplnej, Therminol 62, koncentracja energii słonecznej
