Концентрована сонячна енергія: енергетичні рішення для майбутнього

Останніми роками пошук рішень для сталої енергетики призвів до інноваційних технологій, однією з яких є концентрована сонячна енергія (CSP). На відміну від традиційних сонячні панелі, які перетворюють сонячне світло безпосередньо в електрику, системи CSP використовують дзеркала або лінзи для концентрації сонячного світла на невеликій площі, виробляючи тепло, яке можна перетворити на електрику.

Розуміння концентрованої сонячної енергії (CSP)

Концентрована сонячна енергія (CSP) це технологія відновлюваної енергії, яка використовує дзеркала або лінзи для фокусування сонячного світла на невеликій площі для генерування тепла. Це тепло зазвичай використовується для виробництва пари, яка приводить в дію турбіну, підключену до генератора, виробляючи таким чином електроенергію. Системи CSP відрізняються від традиційних фотоелектричних (PV) сонячних панелей, оскільки вони покладаються на тепло, а не на електрику, вироблену шляхом перетворення сонячного світла в енергію постійного струму (DC).

Як працює CSP:

1. Концентрація сонячного світла:

   • Дзеркала або лінзи фокусують сонячне світло на a приймач розташований у фокусній точці.
   • Найпоширеніші типи систем CSP включають параболічні жолоби, сонячні вежі, параболічні страви та Рефлектори Френеля.

2. Генерація тепла:

   • Генерує концентроване сонячне світло високотемпературне тепло на приймачі.
   • Потім це тепло передається робочій рідині (наприклад, воді, олії або розплавленій солі).

3. Вироблення енергії:

   • Тепло рідини використовується для виробництва пари, яка приводить в рух a турбіна підключений до an електричний генератор.
   • Крім того, деякі системи CSP використовують двигун Стірлінга, який живиться від тепла для генерування механічної енергії.

4. Зберігання енергії:

   • Системи CSP часто оснащуються зберігання тепла для збереження надлишкового тепла для виробництва електроенергії в похмурий період або вночі.
   • Розплавлена ​​сіль зазвичай використовується для зберігання, оскільки може поглинати й утримувати тепло годинами, дозволяючи рослині виробляти електроенергію, навіть коли сонце не світить.

Типи концентрованої сонячної енергії (CSP)

Існує кілька різних типів систем концентрованої сонячної енергії (CSP), кожна з яких має свій унікальний дизайн і метод захоплення сонячного світла. Розглянемо докладніше основні типи технологій CSP:

Лінійні рефлектори Френеля (LFR)

У лінійних рефлекторах Френеля використовуються довгі плоскі дзеркала, розташовані в ряд для фокусування сонячного світла на приймальну трубку, розташовану над дзеркалами. Ці дзеркала відстежують рух сонця по небу, забезпечуючи ефективну концентрацію сонячного світла протягом дня. Тепло, що виділяється в приймальній трубі, нагріває рідину, яка потім використовується для виробництва пари для виробництва електроенергії. Системи LFR, як правило, дешевші у створенні, ніж інші технології CSP, що робить їх привабливими варіантами проекти комунального масштабу.

Параболічні тарілчасті колектори (PDC)

Колектори параболічної тарілки складаються з дзеркала у формі тарілки, яке фокусує сонячне світло на приймач, розташований у фокусній точці тарілки. Ця установка дозволяє досягти високих температур, що робить можливим вироблення електроенергії за допомогою двигуна Стірлінга або невеликої парової турбіни. Хоча системи PDC можуть бути високоефективними та виробляти електроенергію навіть у менших масштабах, вони часто є більш складними та дорогими порівняно з іншими типами CSP, що обмежує їх широке використання.

Колектори з параболічним желобом (PTC)

Параболічні желобкові колектори є однією з найбільш часто використовуваних технологій CSP. У цій конструкції дзеркала параболічної форми фокусують сонячне світло на приймальну трубку, заповнену теплоносієм. Коли рідина нагрівається, вона циркулює в теплообміннику, де виробляє пару для приводу турбіни. Системи PTC відомі своєю надійністю та ефективністю, і їх часто розгортають у великі сонячні електростанції, забезпечуючи значну кількість енергії.

Сонячні електростанції (ST)

Вежі сонячних електростанцій або сонячні термальні вежі використовують великий набір дзеркал (геліостатів), які відстежують сонце та відбивають сонячне світло до центральної вежі. У верхній частині башти ресивер збирає концентроване сонячне світло та нагріває рідину, яка може використовуватися для виробництва пари для електрики. Цей тип системи CSP може досягати дуже високих температур і здатний ефективно зберігати енергію, що робить його потужним варіантом для великомасштабного виробництва сонячної енергії.

Переваги та недоліки концентрованої сонячної енергії (CSP)

Переваги

1. Висока ефективність: системи CSP можуть досягти високої ефективності перетворення сонячної енергії в електрику, особливо в поєднанні з накопичувачами теплової енергії. Це робить їх здатними генерувати значну кількість електроенергії.

2. Можливість зберігання енергії: Однією з видатних особливостей CSP є його здатність зберігати теплову енергію. Це означає, що станції CSP можуть виробляти електроенергію, навіть коли сонце не світить, забезпечуючи більш надійне енергопостачання порівняно з традиційними сонячними панелями.

3. Великомасштабна генерація: Технологія CSP особливо добре підходить для проектів комунального масштабу. Він може генерувати значну кількість електроенергії, що робить його життєздатним варіантом для задоволення енергетичних потреб міст і промисловості.

4. Зменшення викидів парникових газів: Використовуючи сонячну енергію, системи CSP сприяють зменшенню викидів парникових газів порівняно з електростанціями, що працюють на викопному паливі, відіграючи значну роль у пом’якшенні зміни клімату.

5. Потенціал для гібридних систем: CSP можна інтегрувати з іншими джерелами енергії, такими як природний газ, для створення гібридних систем, які підвищують енергонадійність і ефективність.

Недоліки

1. Вимагає прямого сонячного світла: Технологія CSP найбільш ефективна в регіонах з великою кількістю прямого сонячного світла. Він важко виробляє електроенергію в похмурі або дощові дні, що може обмежити його застосування в менш сонячному кліматі.

2. Високі початкові капітальні витрати: початкові інвестиції в системи CSP можуть бути значними. Вартість дзеркал, землі та інфраструктури може бути високою, що може стати перешкодою для деяких забудовників.

3. Занепокоєння використанням землі та води: Установки CSP потребують великої кількості землі для розміщення сонячних батарей. Крім того, багато систем CSP використовують воду для охолодження, що викликає занепокоєння в посушливих регіонах, де водні ресурси обмежені.

4. Складність обслуговування та експлуатації: Механічні компоненти систем CSP, такі як дзеркала та системи стеження, потребують регулярного обслуговування для забезпечення оптимальної роботи. Це може призвести до збільшення операційної складності та витрат.

5. Обмежена географічна придатність: CSP не підходить для всіх географічних місць. Області з обмеженою кількістю сонячного світла, високою хмарністю або частою поганою погодою можуть не мати такої переваги від цієї технології, як сонячні регіони.

Відомі проекти концентрованої сонячної енергії по всьому світу

Технологія концентрованої сонячної енергії (CSP) знайшла значне розгортання по всьому світу з кількома помітними проектами, які демонструють її потенціал для великомасштабного виробництва енергії. Ось кілька типових проектів CSP:

1. Айванпах Сонячна електрична генеруюча система (США)

Розташований у каліфорнійській пустелі Мохаве Система сонячної електрогенерації Ivanpah є одним з найбільших заводів CSP у світі. Він складається з трьох сонячних електростанцій загальною потужністю 392 мегават (МВт). Завод використовує понад 300,000 2014 дзеркал, щоб сфокусувати сонячне світло на котлах, розташованих на вершині веж. Ivanpah розпочав роботу в 140,000 році і здатний виробляти електроенергію, достатню для живлення приблизно XNUMX XNUMX будинків, значно скорочуючи викиди вуглецю.

2. Зосереджений сонячний комплекс Noor (Марокко)

Вкладка Зосереджений сонячний комплекс Noor, розташований поблизу Уарзазата, є одним із найбільших сонячних проектів у світі. Він складається з чотирьох фаз загальною встановленою потужністю 580 МВт. У проекті використовується комбінація технологій параболічного жолоба та сонячної вежі. Очікується, що після повного запуску Noor буде забезпечувати електроенергією понад мільйон людей і компенсувати близько 760,000 2 тонн викидів CO2016 щорічно. Його перша черга, Noor I, почала працювати в XNUMX році.

3. Проект сонячної енергії Crescent Dunes (США)

Вкладка Сонячна енергія Crescent Dunes Проект, розташований у Неваді, використовує конструкцію сонячної електростанції та має потужність 110 МВт. Об’єкт оснащений унікальною системою зберігання теплової енергії, що дозволяє забезпечувати електроенергією навіть після заходу сонця. Crescent Dunes може забезпечити електроенергією близько 75,000 2015 будинків, маючи можливість зберігати енергію протягом кількох годин, що робить його надійним джерелом відновлюваної енергії. Проект розпочав свою діяльність у XNUMX році та є ключовим гравцем у просуванні технологій зберігання енергії.

4. Генеруюча станція Solana (США)

Також знаходиться в Арізоні, Генераторна станція Солана має потужність 280 МВт і відрізняється технологією параболічного жолоба. Ця станція оснащена системою накопичення теплової енергії, яка дозволяє їй виробляти електроенергію протягом шести годин після заходу сонця. Solana може забезпечити електроенергією приблизно 70,000 2013 будинків на рік і значною мірою сприяє скороченню викидів парникових газів. Об’єкт розпочав роботу в XNUMX році та зіграв важливу роль у демонстрації життєздатності CSP із зберіганням.

5. Gemasolar Thermosolar Plant (Іспанія)

Вкладка Завод Gemasolar, розташований в Андалусії, Іспанія, є першим промисловим заводом, який використовує технологію центральної вежі зі зберіганням розплавленої солі. Він має потужність 20 МВт і може видавати енергію безперервно, навіть вночі, завдяки своїм можливостям зберігання тепла. Gemasolar може забезпечувати електроенергією близько 25,000 15 будинків і досягла чудового робочого рекорду з понад 2011 годинами безперервної генерації енергії. Завод почав працювати в XNUMX році і став зразком для майбутніх проектів CSP.

Вартість концентрованої сонячної енергії

Вартість систем CSP, як правило, вимірюється з точки зору вирівняної вартості електроенергії (LCOE), яка відображає середню вартість мегават-години (МВт-год) електроенергії, виробленої протягом життєвого циклу проекту. Згідно зі звітом Міжнародного агентства з відновлюваних джерел енергії (IRENA), LCOE для технології CSP у 2021 році становив приблизно 60–120 доларів США за МВт-год залежно від конкретної технології та характеристик проекту.

Порівняння з іншими відновлюваними джерелами енергії

1. Енергія вітру: LCOE для берегової вітрової енергії, як правило, нижчий, ніж для CSP. Станом на 2021 рік LCOE для берегової вітрової енергії коливався від 30 до 60 доларів США за МВт-год, що робило його одним із найрентабельніших відновлюваних джерел енергії.

2. Гідроенергетика: Гідроенергетика зазвичай має конкурентоспроможний LCOE, коливається від 30 до 50 доларів США за МВт-год. Однак це суттєво залежить від географічного розташування, розміру об’єкта та екологічних міркувань.

3. Фотоелектричні сонячні панелі (PV): За останні роки вартість сонячної фотоелектричної енергії різко впала. У 2021 році LCOE для сонячних фотоелектричних систем загального користування становила близько 30-50 доларів США за МВт-год, що робило її конкурентоспроможною як з вітровою, так і з гідроенергією. Цій тенденції сприяли зниження вартості сонячних панелей і технологічний прогрес.

Чи підходить концентрована сонячна енергія для домашнього використання?

Концентрована сонячна енергія (CSP) в основному розроблена для роботи в комунальному масштабі, що робить її непрактичною для житлових приміщень. Системи CSP вимагають великих площ землі та специфічних умов, таких як рясне пряме сонячне світло, що зазвичай неможливе для окремих будинків. Складність і вартість, пов’язані з установкою технології CSP у невеликих масштабах, ще більше обмежують її використання в житлових цілях.

Якщо ви зацікавлені у використанні відновлюваних джерел енергії вдома, найкращий варіант – розглянути сонячні панелі на даху. Ці системи спеціально розроблені для використання в житлових приміщеннях і можуть ефективно перетворювати сонячне світло в електроенергію без потреби у великій землі чи інфраструктурі. Сонячні батареї на даху можуть генерувати достатньо енергії для живлення вашого будинку, зменшуючи залежність від електромережі та знижуючи рахунки за електроенергію.

At Шилден, ми пропонуємо якісне Геліосистема 10 кВт пристосована для житлових потреб. Ця система забезпечує надійне рішення для використання сонячної енергії, гарантуючи, що ви можете скористатися перевагами сонячної енергії прямо з даху. Завдяки додатковим перевагам у вигляді податкових пільг і економії енергії перехід на сонячну енергосистему може стати розумною інвестицією для вашого будинку.