Energia słoneczna konkurencyjna dla paliw kopalnych?
Inżynierowie pracujący dla amerykańskiego start-upu Halotechnics opracowali nowe materiały, które pozwalają na zwiększenie pojemności cieplnej słonecznych elektrowni termalnych i co za tym idzie – wzrost ich wydajności. Wkrótce mają umożliwić tym elektrowniom konkurowanie z energetyką opartą na paliwach kopalnych – informuje magazyn Technology Review.
Termalne elektrownie słoneczne korzystają z tzw. pól paneli czyli szeregu paneli - luster słonecznych koncentrujących energię w generatorze, który produkuje parę poruszającą turbinę wytwarzającą energię elektryczną. Zajmujące większy obszar i kosztujące nieco więcej niż klasyczne elektrownie słoneczne, elektrownie termalne mają nad nimi tą przewagę iż są prostsze w obsłudze i łatwiej magazynować ciepło z nich uzyskiwane niż energię pozyskiwaną z paneli słonecznych w klasycznym rozwiązaniu ogniw fotowoltaicznych. Niektóre elektrownie termalne wyposażone są w system magazynowania i odzyskiwania ciepła, ułatwiający wytwarzanie pary, nawet po zmroku, bez ekspozycji na słońcu.
Nowe materiały stworzone przez Halotechnics, to mieszanina stopionych soli i nowego typu ciekłego szkła. Zostały one wytworzone po przeprowadzonej na superkomputerze dokładnej analizie 18 tys. różnych związków chemicznych i ich mieszanin, ich wzajemnego oddziaływania i połączeń pomiędzy nimi. Pozwalają na operowanie w daleko wyższych nic dotąd temperaturach, co umożliwia wzrost wydajności oraz ułatwia zmniejszenie o 25% liczby paneli słonecznych potrzebnych do uzyskania temperatury roboczej w elektrowni termalnej.
Niektóre z tych materiałów mogą przechowywać trzykrotnie więcej energii niż związki chemiczne i mieszaniny obecnie używane w tym celu; oznacza to także zmniejszenie kosztu kilowatogodziny, ponieważ wydłuża okres pracy turbin generujących energię.
W obecnych systemach przechowywania energii w słonecznych elektrowniach termalnych, sole ogrzewane są do momentu przekroczenia punktu topienia - ich najwyższa temperatura robocza wynosi 565oC - i potem składowane w zaizolowanym cieplnie zbiorniku. Sole pompowane są potem przez wymiennik ciepła, gdzie generują parę wodną i przepompowywane do innego izolowanego zbiornika, aby uchronić je przed zestaleniem.
Pierwszy materiał wytworzony przez badaczy z Halotechnics jest przeznaczony dla obecnie działających słonecznych elektrowni termalnych. Działa on w tej samej temperaturze, jak związki stosowane w obecnych systemach do przechowywania ciepła, ale jest o 20% od nich tańszy. Obecnie używane sole kosztują 1000 USD za tonę, a typowa elektrownia zużywa ich 30 tys. ton. Zmniejszenie ceny oznacza redukcję kosztów idąca w miliony dolarów.
Pierwsze testy wykazały iż materiał zachowuje własności i nie degraduje się przez czas dłuższy niż obecnie stosowane sole; dalsze testy potrwają do lipca bieżącego roku, a po ich pomyślnym wyniku nowe sole wejdą do produkcji.
Dwa kolejne materiały to innego typu mieszanina szkła ciekłego i soli. Ich punkt topnienia znajduje się, podobnie jak dziś stosowanych soli, w okolicach 300oC., ale temperatura pracy wynosi 700oC, zamiast obecnych 565oC. Nowe materiały umożliwiają osiągnięcie wydajności turbin parowych, wytwarzających elektryczność, na poziomie 48% zamiast obecnych 42%. Materiały są obecnie testowane w warunkach długotrwałego użycia w stalowych rurach i zbiornikach stosowanych w obecnych instalacjach. Łącznie okres testów potrwa 18 miesięcy.
Ostatni związek składa się głównie z wysokotemperaturowego ciekłego szkła. Jego punkt topnienia znajduje się w okolicach 400oC (zwykłe szkło okienne topnieje w oko. 600oC, ale dość szybko ulega schłodzeniu), ale temperatura robocza wynosi 1200oC. Materiał ten jest najbardziej obiecujący, ponieważ może stanowić czynnik roboczy w długo opracowywanych turbinach dwustopniowych.
Pierwszy stopień to turbina na sprzężone gorące powietrze ogrzewane przez czynnik roboczy. Drugi stopień to konwencjonalna turbina parowa ogrzewana spalinami z pierwszego stopnia. Wydajność takiej turbiny dwustopniowej wynosi 52%. Można ją podwyższyć, poprzez prace nad obiegiem ciepła i układem wirnika tak, aby konkurowała z dwustopniowymi turbinami gazowymi. Te ostatnie turbiny mają wydajność 60%, ale gaz wytwarza wyższe temperatury niż 1200oC, przez co wymaga specjalnych materiałów, a ponadto w tego typu turbinie powstaje dużo dwutlenku węgla.
Prace z czynnikiem roboczym i tak będą wymagały zastosowania nowych materiałów w konstrukcji słonecznych elektrowni termalnych, stąd badacze z Halotechnics współpracują z Departamentem Energii USA w ramach SunShot Initiative. Program ten zmierza to stworzenia systemów energetycznych opartych na źródłach odnawialnych, o koszcie wytwarzania energii 6 centów za 1 kWh. Umożliwi to konkurowanie z systemami energetycznymi opartymi na paliwach kopalnych.
Administratorem danych osobowych jest Media Pakiet Sp. z o.o. z siedzibą w Białymstoku, adres: 15-617 Białystok ul. Nowosielska 50, @: biuro@elektroonline.pl. W Polityce Prywatności Administrator informuje o celu, okresie i podstawach prawnych przetwarzania danych osobowych, a także o prawach jakie przysługują osobom, których przetwarzane dane osobowe dotyczą, podmiotom którym Administrator może powierzyć do przetwarzania dane osobowe, oraz o zasadach zautomatyzowanego przetwarzania danych osobowych.
