Thermische systemen voor geconcentreerde zonne-energie (CSP) wekken elektriciteit en warmte op voor diverse industrieën, zoals waterontzilting, oliewinning en meer. Het Solar Technologies Office (SETO) van het Amerikaanse ministerie van Energie ondersteunt onderzoek naar CSP om de prestaties te verbeteren, de kosten te verlagen en de betrouwbaarheid te verhogen. De afgelopen tien jaar zijn de elektriciteitskosten van CSP met meer dan 5% gedaald, dankzij betere systemen en een toegenomen gebruik van thermische energieopslag, waardoor continue zonne-energie mogelijk is. SETO streeft ernaar de kosten van CSP verder te verlagen tot $ 0.05 per kilowattuur voor basislastinstallaties met een minimale thermische energieopslag van 12 uur.
Geconcentreerde thermische zonne-energiecentrales worden doorgaans gebruikt in grootschalige projecten , bekend als CSP-centrales op nutsbedrijfsschaal, en zijn verkrijgbaar in verschillende configuraties. Bij systemen met een zonnetoren zijn spiegels in een cirkelvormige opstelling rond een centrale toren geplaatst, die als ontvanger fungeert.
Configuratie van een geconcentreerd zonne-thermisch energiesysteem
Geconcentreerde zonnewarmte (CSP) maakt het mogelijk om zonne-energie te benutten voor de productie van elektriciteit door zonlicht om te zetten in turbinevermogen . Deze onderliggende technologieën kunnen ook worden gebruikt om warmte te leveren voor diverse industriële toepassingen, zoals de verwerking van mineralen, waterontzilting, voedselverwerking, verhoogde oliewinning en chemische productie.
Zie ook: Wat is een thermische zonnecollector?
Werking van CSP
De werking van geconcentreerde zonnewarmte (CSP) berust op spiegelconfiguraties die de zonne-energie concentreren op een ontvanger, waardoor deze wordt omgezet in warmte. Deze warmte wordt omgezet in stoom die een turbine aandrijft en elektrische energie opwekt. De opslagcapaciteit van CSP maakt het systeem geschikt voor gebruik in hernieuwbare energiebronnen, waardoor energie kan worden opgeslagen voor perioden met weinig zonlicht.
CSP-systemen kunnen worden gecombineerd met andere energiebronnen, waardoor hybride centrales ontstaan. Ze kunnen worden gecombineerd met thermisch gestookte elektriciteitscentrales die brandstoffen gebruiken zoals steenkool, aardgas of biobrandstoffen.
Er zijn vier CSP-technologieën:
- Parabolische schotelsystemen: Parabolische schotels concentreren zonlicht op een ontvanger met een volgsysteem, waardoor hoge temperaturen ontstaan die geschikt zijn voor zonnereactoren.
- Parabolische trogsystemen:Gebogen reflectoren concentreren de zonne-energie op een ontvangstbuis die thermische olie bevat, waardoor deze wordt verhit om elektriciteit op te wekken.
- Power Tower-systemen: Spiegels of heliostaten volgen en focussen zonlicht op een ontvanger bovenop een toren, waarbij vloeistof wordt verwarmd, vaak gesmolten zouten, om stoom te genereren voor een turbine
- Lineaire Fresnel-systemen: Rijen platte spiegels op de grond weerkaatsen zonlicht naar een ontvangstbuis, vergelijkbaar met trog- en torensystemen, met mogelijkheden voor opslagintegratie.
PV versus CSP
Het belangrijkste verschil tussen zonne-PV en CSP is de manier waarop ze elektriciteit opwekken.
Een thermisch zonne-energiesysteem met geconcentreerde zonnecellen maakt gebruik van verschillende spiegelconfiguraties om de energie van de zon op te vangen en een warmtemotor aan te drijven die elektrische energie opwekt. Fotovoltaïsche zonnepanelen daarentegen gebruiken het zonlicht direct en zetten dit om in elektriciteit.
In tegenstelling tot CSP absorberen PV-cellen licht, waardoor elektronen worden gestimuleerd om een stroom te genereren. Deze gelijkstroom (DC) wordt vervolgens opgevangen en omgezet in een wisselstroom (AC) met behulp van omvormers voor distributie op het elektriciteitsnet.
CSP-systemen blinken uit in energieopslag dankzij thermische energieopslagtechnologieën (TES), waardoor stroom kan worden gebruikt, zelfs bij afwezigheid van zonlicht. PV-systemen daarentegen kunnen geen thermische energie opslaan, omdat ze afhankelijk zijn van direct zonlicht in plaats van warmte. Bijgevolg zijn CSP-systemen effectiever voor energieopslag en algehele efficiëntie.
Lees ook: Wat is geconcentreerde fotovoltaïsche energie?
Voor- en nadelen van CSP
De voordelen van CSP zijn:
- Het is een hernieuwbare, duurzame energiebron die verkleint zijn CO2-voetafdruk. In tegenstelling tot fossiele brandstoffen maakt CSP gebruik van de natuurlijke hulpbronnen van de aarde, wat goed is voor het milieu en een oplossing biedt voor klimaatverandering.
- CSP zorgt voor een meer consistente stroomvoorziening vergeleken met zonne-energie en windenergie dankzij energieopslag in gesmolten zouten, wat de betrouwbaarheid garandeert.
- Eenvoudige integratie in bestaande elektriciteitscentrales, zelfs die welke fossiele brandstoffen gebruiken, resulteert in lagere operationele kosten dan alternatieven op basis van kernenergie en koolwaterstoffen.
- CSP, gecombineerd met andere energiebronnen, verbetert de veiligheid van het net en voldoet aan toekomstige elektriciteitsbehoeften. Bovendien helpt het bij het winnen van olie door stoom te produceren om zware olie te concentreren voor eenvoudiger pompen.
- Er is potentieel voor CSP om te dienen als een draagbare energievorm, zoals blijkt uit studies onderzoek naar het gebruik ervan bij het genereren van kosteneffectieve waterstof voor transport.
Hoewel het concentreren van zonnewarmte verschillende voordelen biedt, kent het ook uitdagingen.
- Locatie afhankelijkheid, waarvoor grote landoppervlakken nodig zijn, zoals zonne-energie en windenergie, beperkt de haalbaarheid ervan in dichtbevolkte gebieden.
- Waterintensieve bewerkingen voor het aandrijven van turbines en het koelen van reactoren verhogen de waterkosten. milieuoverwegingen, waarbij zeewater mogelijke problemen met de zonnestraling oplevert.
- CSP-planten kunnen dieren aantrekken vanwege het licht, wat een risico vormt voor sommige soorten.
- De technologie is duur om te runnen, aangezien thermische opslagmaterialen duur en moeilijk te verkrijgen zijn. Gesmolten zout, een veelvoorkomende keuze, heeft operationele beperkingen
- De concurrentie van zonne-energie en kernenergie belemmert de ontwikkeling van CSP, waardoor het risico bestaat dat CSP verouderd raakt door doorbraken in andere energiebronnen.
Aanbevolen: Wat is een conventionele waterkrachtcentrale?
