Domů

Koncentrátorové solární elektrárny

rubrika:
Ne serveru Leonardo Energy vyšel zajímavý přehled elektráren využívající koncentrovanou solární energii. Díky tomu, že Leonardo Energy poskytuje volnou licenci pro šíření plného znění textů, přinášíme překlad celého článku.


Koncentrovaná solární energie a její uskladnění
autor: Bruno De Wachter, 29.2. 2008.
založeno na "Diskusním Webináři" z 1.2. 2008

Koncentrátorové solární elektrárny (KSE) nejsou novou technologií. V kalifornii funguje jedna koncentrátorová elektrárna již 15 let. Nicméně donedávna byla tato technologie zastíněna fotovoltaikou.
Nyní se to začíná měnit a KSE si získávají stále větší pozornost. Ve Španělsku jsou v přípravné fázi projekty koncentrátorových solárních elektráren, které budou dohromady mít výkon 500 MW a ještě dalších 4 200 MW je požadovaná rezerva pro připojení dalších KSE k rozvodné síti v budoucnu.
Španělská energetická distribuční síť Red Eléctrica de España (REE) vydala požadavek, že tyto nově připojované jednotky budou muset být regulovatelné, to znamená, že budou potřebovat nějaké zásobníky energie nebo náhradní zdroje k vykrytí výpadků výkonu způsobených nestálostí dopadajícího slunečního záření.
A jaká je nejlepší technologie pro skladování energie pro použití se solárními koncentrátorovými elektrárnami? Leonardo Energy nakousl tuto problematiku během "Diskusního Webináře" 1.2. 2008. Následující text shrnuje krátký úvod do problematiky KSE a vypichuje některé body, které se objevily během diskuse.

Koncentrátorové elektrárny a jejich varianty
Koncentrátorové solární elektrárny (KSE) jsou obecně založeny na zrcadlech, které koncentrují sluneční paprsky na nějaké potrubí anebo nádobu. Používají se tyto tři typy KSE: centrálně umístěný absorbér energie, parabolické žlaby a parabolické disky (viz obrázek).
U prvních dvou typů je teplo předáváno kapalině primárního okruhu, ten zahříváním vody vyrábí páru, která pak pohání běžnou parní turbínu. U typu používajícího parabolický disk je přímo v jeho ohnisku umístěn Stirlingův motor. Tento systém je zatím ve vývojové fázi.
V některých zemích je KSE instalována kombinována s se zdrojem tepla na zemní plyn. Solární pole dodává páru o maximální teplotě 370°C, která je pak dále dohřívána, což je efektivní řešení. Slibnou technologií je do budoucna KSE s přímým generováním páry, kdy by horká pára byla generována přímo pomocí koncentrátorů, tedy bez mezistupně v podobě zásobníku. Toto řešení by představovalo skutečný technologický průlom, protože by se výrazně snížily náklady a zvýšila účinnost KSE.

Koncentrátorové solární elektrárny ve Španělsku a ve světě
KSE mají velký potenciál v oblastech s intenzivním slunečním zářením. Podle ESTELA (Evropská asociace sektoru koncentrátorových solárních elektráren) by v jižní Evropě mohlo do roku 2030 být instalováno až 62.000 MW KSE. Vzhledem k tomu, že severní Afrika má velice výhodnou polohu z hlediska intenzity slunečního záření, uvažuje se dokonce o instalaci KSE na Sahaře a transportu energie do Evropy. Nicméně v současnosti jediný stabilní trh KSE představuje Španělsko, brzy by se mohly připojit USA.
Jak již bylo řečeno v úvodu, ve Španělsku jsou v přípravné fázi projekty koncentrátorových solárních elektráren, které budou dohromady mít výkon 500 MW a ještě dalších 4 200 MW je požadovaná rezerva pro připojení k rozvodné síti v budoucnu. Nedávno ohůásila firma Arizona Power Service zahájení výstavby dosud největší KSE na světě s maximálním výkonem 280 MW, která bude umístěna 100 km jihovýchodně od Phoenixu. Kompletním dodavatelem je Španělská firma Abengoa, která se na KCE specializuje. Elektrárna bude uvedena do provozu v roce 2011.

Nestálý obnovitelný zdroj
Dodávka energie z KSE je nestálá, protože pracuje pouze během dne, nicméně průběh výkonu je mnohem pravidelnější a předvídatelnější než například u větrných elektráren. Navíc tato energie může být částečně využita ke kompenzaci denních odběrových špiček vyplývajících z puštěných klimatizací během horkých letních měsíců. Použití se zásobníku energie učiní z KSE regulovatelný zdroj, ovšem za cenu určitých ztrát.
Další cestou jak zlepšit regulovatelnost a spolehlivost KSE je postavit hybridní elektrárnu používající k ohřevu páry zároveň jiné palivo (například zemní plyn), ovšem toto řešení se neuplatňuje ve Španělsku (tyto elektrárny by neměly nárok na výhodné podporu určenou pro obnovitelné zdroje energie). Další optimalizace vyvážení poměru mezi použitím doplňkového zdroje energie a akumulačních zásobníků je předmětem dalších analýz.

Koncentrátorové solární elektrárny ve Španělsku musí být regulovatelné
REE, Španělský správce rozvodné sítě, vyjádřil znepokojení nad velkými výkony připojených KSE navíc v kombinaci s velkým množstvím nových větrných elektráren, které by mohly destabilizovat rozvodnou soustavu. Proto bylo nařízeno, že KSE musí být regulovatelné, jinak nebude povoleno jejich připojení do sítě. V praxi to znamená, že je potřeba zařídit uskladnění energie odpovídající čtyřem hodinám plného provozu solárního pole. KSE zároveň musí vykazovat předpovídatelnost výkonu s jistotou 90% 24 hodin dopředu a 95% pro budoucích 6 hodin.

Zájmy REE jsou pochopitelné a jejich požadavky technicky proveditelné, ale přesto je možno k nim mít pár poznámek:

• Zajištění akumulace představuje velkou investici se kterou se nepočítalo, když byly španělským ministerstvem pro energii stanovovány výkupní ceny pro KSE (kolem 25 c€/kWh).

• Takto nastavené podmínky jsou pro KSE diskriminační vzhledem k tomu, že větrné elektrárny, které mají rovněž nestabilní dodávky energie takto nastavené povinnosti nemají

• Na globální úrovni rozvodných sítí jsou dostupné lepší nástroje regulace než na lokální úrovni, například možnost okamžitého vyhodnocování a výběru nejefektivnější kombinace zdrojů. V blízké budoucnosti by tyto nástroje mohly obsahovat rovněž regulaci na straně odběru, například pomocí dálkové kontroly lokálních kogeneračních jednotek vytápěcích systémů budov.


Jak skladovat energii z KSE?
Energie z KSE může být skladována na dvou různých úrovních:

• Tepelná energie může být skladována v zásobnících ještě před výrobou elektřiny. Současnou nejdostupnější variantou se zdá být zásobování na bázi roztavených solí o teplotách kolem 400°C. Provádí se výzkum s tavenými solemi až na teploty do 580°C a betonem (do 500°C).

• Skladování elektrické energie. V tomto případě je dostupných několik technologií akumulace energie: akumulátory (redukčně-oxidační nebo sodíko-sírové akumulátory), vodíkový cyklus (výroby vodíku z vody hydrolýzou a potom zpětná výroba elektřiny v palivových článcích), přečerpávací elektrárny.

Všechny tyto typy akumulace kromě přečerpávacích elektráren mohou být použity přímo v místě elektrárny, a všechny typy skladování elektřiny mohou být použity dálkově.
Je těžké odhadnout, který systém by měl mít nejvyšší celkovou účinnost (dodávka regulovatelné elektrické energie / zachycená solární teplená energie). Pro tato hodnocení je potřeba simulační vyvinout model. Rovněž je třeba počítat i s různými investičními náklady. Akumulace tepla čtyřhodinového výkonu zvyšuje investiční náklady KSE přibližně o 1,5 – 2 M€/MWe.


Podle Leonardo Energy, titulní obráze PoitFocus.com, další obrázky jsou z El Futuro de la Ciencia y de la Tecnolog a Abengoa.

  • 43121 x přečteno