Systemy termiczne z koncentrowaną energią słoneczną generują energię elektryczną i ciepło dla różnych gałęzi przemysłu, takich jak odsalanie wody, wydobycie ropy naftowej i inne. Biuro Technologii Słonecznych Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (SETO) wspiera badania nad CSP w celu poprawy wydajności, obniżenia kosztów i zwiększenia niezawodności. W ciągu ostatniej dekady koszty energii elektrycznej CSP spadły o ponad 5% dzięki ulepszonym systemom i zwiększonemu wykorzystaniu magazynowania energii cieplnej, co umożliwia ciągłą produkcję energii słonecznej. SETO dąży również do obniżenia wydatków na CSP do 0.05 USD za kilowatogodzinę dla instalacji podstawowego obciążenia z co najmniej 12 godzinami magazynowania energii cieplnej.
Koncentrujące układy solarno-termiczne są zazwyczaj stosowane w projektach na dużą skalę , znanych jako elektrownie CSP na skalę przemysłową, i oferują różne konfiguracje. Systemy wież energetycznych ustawiają lustra w układzie kołowym wokół centralnej wieży, która pełni funkcję odbiornika.
Konfiguracja systemu energii słonecznej z koncentracją ciepła
Metody koncentracji energii słonecznej (CSP) pozwalają na wykorzystanie energii słonecznej do produkcji energii elektrycznej poprzez konwersję światła słonecznego na energię turbiny . Te technologie bazowe mogą być również wykorzystywane do dostarczania ciepła na potrzeby różnych zastosowań przemysłowych, takich jak przetwórstwo minerałów, odsalanie wody, przetwórstwo żywności, zwiększenie wydobycia ropy naftowej i produkcja chemiczna.
Zobacz także: Czym jest kolektor słoneczny?
Działanie CSP
Funkcjonalność koncentrowania energii słonecznej polega na zastosowaniu zwierciadeł , które koncentrują energię słoneczną na odbiorniku, przekształcając ją w ciepło. Ciepło to jest przekształcane w parę, która napędza turbinę i generuje energię elektryczną. Zdolność CSP do magazynowania energii pozwala na adaptację do wykorzystania energii odnawialnej, przechowując energię w okresach ograniczonego nasłonecznienia.
Systemy CSP można łączyć z innymi źródłami energii, tworząc elektrownie hybrydowe. Mogą łączyć się z elektrowniami cieplnymi wykorzystującymi paliwa takie jak węgiel, gaz ziemny lub biopaliwa.
Istnieją cztery technologie CSP:
- Systemy anten parabolicznych: Anteny paraboliczne skupiają światło słoneczne na odbiorniku z systemem śledzenia, generując wysokie temperatury odpowiednie dla reaktorów słonecznych.
- Systemy rynien parabolicznych:Zakrzywione reflektory koncentrują energię słoneczną na rurze odbiorczej zawierającej olej termiczny, podgrzewając go w celu wytwarzania energii elektrycznej.
- Systemy wież energetycznych: Lustra lub heliostaty śledzą i skupiają światło słoneczne na odbiorniku znajdującym się na szczycie wieży, podgrzewając płyn, który często składa się ze stopionych soli, w celu wytworzenia pary dla turbiny
- Liniowe układy Fresnela: Ułożone na ziemi rzędy płaskich luster odbijają światło słoneczne do rury odbiorczej, podobnej do systemów korytowych i wieżowych, z możliwością integracji z magazynem.
Fotowoltaika kontra CSP
Podstawowa różnica pomiędzy fotowoltaiką a CSP polega na sposobie wytwarzania energii elektrycznej.
Systemy koncentrującej energii słonecznej wykorzystują różne konfiguracje luster do pozyskiwania energii słonecznej, napędzając silnik cieplny do produkcji energii elektrycznej. Natomiast panele fotowoltaiczne wykorzystują światło słoneczne bezpośrednio, przetwarzając je na energię elektryczną.
W przeciwieństwie do CSP, ogniwa PV absorbują światło, stymulując elektrony do generowania prądu. Ten prąd stały (DC) jest następnie wychwytywany i przekształcany w prąd przemienny (AC) za pomocą inwerterów do dystrybucji w sieci energetycznej.
Systemy CSP przodują w magazynowaniu energii dzięki technologiom magazynowania energii cieplnej (TES), umożliwiając wykorzystanie energii w warunkach braku światła słonecznego. Z drugiej strony, systemy fotowoltaiczne nie mogą magazynować energii cieplnej, ponieważ wykorzystują bezpośrednie światło słoneczne, a nie ciepło. W związku z tym systemy CSP są bardziej efektywne pod względem magazynowania energii i ogólnej efektywności.
Przeczytaj także: Czym jest fotowoltaika skoncentrowana?
Zalety i wady CSP
Zalety CSP:
- To odnawialne, zrównoważone źródło energii, które ogranicza swój ślad węglowy. W przeciwieństwie do paliw kopalnych, CSP wykorzystuje naturalne zasoby Ziemi, przynosząc korzyści środowisku i rozwiązując problemy zmiany klimatyczne.
- CSP zapewnia więcej stałe zasilanie w porównaniu do energii słonecznej i wiatrowej dzięki magazynowaniu energii w stopionych solach, co gwarantuje niezawodność.
- Łatwa integracja z istniejącymi elektrowniami, nawet tymi wykorzystującymi paliwa kopalne, skutkuje niższe koszty operacyjne niż alternatywy oparte na energii jądrowej i węglowodorach.
- CSP w połączeniu z innymi źródłami energii, zwiększa bezpieczeństwo sieci i zaspokaja przyszłe zapotrzebowanie na energię elektryczną. Ponadto wspomaga odzyskiwanie ropy poprzez produkcję pary, która zagęszcza ciężką ropę, ułatwiając jej pompowanie.
- Istnieje potencjał, aby CSP służyło jako przenośna forma energii, jak widać w badaniach badamy możliwość jego wykorzystania w produkcji ekonomicznego wodoru na potrzeby transportu.
Koncentrowanie energii słonecznej zapewnia szereg korzyści, ale wiąże się także z pewnymi wyzwaniami.
- Zależność od lokalizacji, wymagająca dużych obszarów lądowych, jak w przypadku instalacji fotowoltaicznych i wiatrowych, ogranicza wykonalność tej technologii w regionach zaludnionych.
- Operacje wymagające dużej ilości wody do napędzania turbin i chłodzenia reaktorów powodują wzrost obawy dotyczące środowiska, woda morska stwarza potencjalne zagrożenie związane z promieniowaniem słonecznym.
- Rośliny CSP mogą przyciągać zwierzęta światłem, co stwarza ryzyko dla niektórych gatunków.
- Technologia jest kosztowne w eksploatacji, ponieważ materiały do magazynowania ciepła są drogie i trudne do uzyskania. Stopiona sól, powszechny wybór, ma ograniczenia operacyjne
- Konkurencja ze strony fotowoltaiki i energetyki jądrowej utrudnia rozwój CSP, stwarzając ryzyko stania się przestarzałym rozwiązaniem w obliczu przełomów w dziedzinie innych źródeł energii.
