Strona główna » energia elektryczna » Nocna elektrownia słoneczna

Nocna elektrownia słoneczna

Archiwum

Tytuł brzmi paradoksalnie, ale w rzeczywistości mówimy o urządzeniu tak prostym, że aż zęby bolą

Podstawowa zasada działania, a nawet działające prototypy zostały skonstruowane w dość zamierzchłych czasach wieku pary i początków elektryczności. W swej istocie pomysł aby koncentracją światła słonecznego za pomocą luster wytworzyć parę do zasilania maszyny parowej, jest dość prosty.  Słyszałem o co najmniej jednym działającym egzemplarzu z końca 19 w., ale podejrzewam, że było ich w różnych czasach i krajach znacznie więcej.

Ale od zabawek z lusterkiem do poważnej elektrowni współpracującej z siecią jak należy  droga daleka. Ostatnie dziesięciolecie to dość poważne nakłady na badania i rozwój tego typu instalacji. Sporo forsy wyłożono na to w USA, jeszcze więcej, jak wspomniałem w ostatnim wpisie, w Hiszpanii.

Dziś to wygląda tak:

solat thermal plant

Sam schemat działania jest właśnie bardzo prosty- za pomocą słońca wytworzyć parę, która będzie napędzać turbin, jak w klasycznej elektrowni.  Ale to nie ma dużego sensu. Fotowoltaika jest na tyle tania w porównaniu, że budowanie całej elektrowni, z wielkim kompleksem luster, całą mechaniką która się zużywa i psuje- po prostu ma dość mały sens. Za to, jeśli trochę zmienić koncepcję i energią słoneczną nagrzewać medium do przechowywania ciepła i następnie to ciepło odbierać według potrzeb, wytwarzać parę i dalej prąd na żadanie i w ten sposób bilansować sieć energetyczną zarówno w czasie sekund, jak też godzin..

To zupełnie inna sprawa

Stąd- mamy naszą wspaniałą konstrukcję. Skoncentrowaną energią słoneczną nagrzewamy coś. Tego czegoś ma być dość dużo i dobrze przewodzić ciepło, przy okazji mieć sensowną pojemność cieplną i oczywiście się nie rozpaść zbyt szybko przy codziennych zmianach temperatury o setki stopni. Z racji potrzebnej sporej ilości, a także prawdopodobnie konieczności uzupełniania nie możemy także mówić o niczym specjalnie kosztownym. A także raczej należy od razu wykluczyć materiały toksyczne, niebezpieczne lub powodujące korozję stali nierdzewnej i/lub kwasoodpornej.  Konieczność stosowania bardziej egzotycznych materiałów do wymiennika ciepła zabiłaby jakikolwiek sens ekonomiczny.

To nie jest taki prosty zestaw wymagań

Po sprawnym ustaleniu, że jakikolwiek skały, a nawet bloki metali przez tak znaczne i częste zmiany temperatury pękają i kruszą się błyskawicznie. Faktycznie żadne ciało stałe się nie nadaje do tego celu.  No, chyba że użyć ciepła przemiany fazowej. Kwestia przechowywania ciepła w fazie gazowej może być kusząca przez łatwą cyrkulację i wymianę, ale z drugiej strony wzrost ciśnienia przy wzroście temperatury może być zabójczy dla instalacji, a co gorsza także najbliższego otoczenia.

Pozostaje w rozsądny sposób faza płynna

Płyn o małej prężności pary, aby przy wzroście temperatury nie zamienił się za bardzo w gaz i nie było za dużego bum. Stąd woda się nie nadaje. Ewentualnie jakieś oleje, ale one się dla odmiany rozkładają termicznie i praktyczny limit temperatury w akumulatorze ciepła by nie przekraczał jakiś 300 st. C (w normalnej pracy, awaryjnie trochę więcej). Przy tej temperaturze sprawność turbiny parowej (a para by była jeszcze trochę chłodniejsza) byłaby dość żałosna. Energia za darmo, można używać, ale za dużo powierzchni luster do uzyskanej energii.

Rozwiązaniem stały się sole

Takie prawie normalne, nawet znane z kuchni chlorki sodu i potasu. Tylko nie było to takie proste. Oprócz soli sodu potasu przećwiczono też sole litu, zwłaszcza w stronę związków azotowych. Mieszaniny mają zwykle niższą temperaturę topnienia niż każdy ze składników osobno.  Drobny problem polega na tym,  że zupełnie nie wiadomo jak można to obliczyć i czy w ogóle się da. W związku z czym poszukiwania eliksiru nocnej elektrowni słonecznej odbywały się dość długo metodą prób i błędów, a już później automatyzowano sprawdzanie dziesiątek tysięcy (tak- tysięcy, drobna różnica w składzie powoduje dużą różnicę właściwości) różnych mieszanin. Od kilku lat problem jest właściwie rozwiązany. Wiadomo,  że mieszanina azotanów czterech metali ziem alkaicznych ma temperaturę topnienia poniżej 100 C i jest stabilna do temperatur powyżej 500 C. Nic więcej na razie nie potrzeba. Może nie do końca kuchenna mieszanina, ale nic strasznego.

Lustra podgrzewają rury w których płynie sól, dalej jest ona magazynowana gorąca, a w miarę potrzeby ciepło to jest zużywane do wytwarzania pary. Sól bez wody nie ulega dysocjacji i nie powoduje korozji  (tak mi się przynajmniej wydaje, jak się  mylę proszę o sprostowanie), zresztą taki poziom jest całkowicie do opanowania.

Jak widać, paradoksalnie nowoczesna elektrownia słoneczno- cieplna jest nowszym wynalazkiem niż nowoczesna fotowoltaika.  W rzeczywistości elektrowni które mogą pracować na okrągło na samej energii słonecznej nie ma zbyt wiele. Po prostu jeszcze ich nie zdążono zbudować.  Technologia turbin parowych i wymienników ciepła jest znana i opanowana, problematyczne było przechowywanie, jak wyżej wskazałem, ten problem jest także w zasadniczej części rozwiązany.

Tak, przez jakiś czas firmy zarówno budujące, jak też eksploatujące nadal będą nabierać doświadczenia. Dziś jeszcze są to rozwiązania niekoniecznie tańsze niż na paliwa kopalne, ale…  Przy produkcji na poważniejszą skalę i powtarzalności rozwiązań to po prostu musi stanieć. Musi, ponieważ w samej konstrukcji elektrowni mówimy o znacznie mniejszym udziale drogich stopów. Stopów droższych w zakupie i budowie, są też niższych ciśnieniach i ogólnie obieg cieplny raczej przypomina konstrukcje sprzed dziesięcioleci. Z bardzo prostego powodu- paliwo jest za darmo, wyższe temperatury do uzyskania ze Słońca są możliwe, ale też kosztowne, sól do przechowywania ma swoje ograniczenia. Bardziej opłaca po prostu nie przekraczać temperatury górnego źródła ciepła (czyli wody przed pierwszą turbiną) rzędu 400 C i konstrukcja staje się względnie tania. A sprawność przy ogrzewaniu tej wody słońcem nie będzie się różnić tak bardzo. Być może, kiedyś ktoś dojdzie do wniosku, że warto walczyć o temperaturę i większą sprawność, ale nie sądzę, aby miało to nastąpić w najbliższych latach. Teraz jest czas opracowywania standardów i obniżania kosztów. A ile terenu to zajmie i będzie potrzebowało energii słonecznej? To jest dużo mniej ważne.

Przypomnę- mówimy o rozwiązaniu produkującym energię na żądanie, relatywnie więcej w lecie, mniej w zimie, ale produkuje także w nocy i dnie pochmurne. W swej dokładnej istocie jest to sposób na zastąpienie elektrowni bilansujących produkcję z wiatru i fotowoltaiki.

Oczywiście, jak każda technologia ta też ma swoje ograniczenia

Tu problemem nie jest tyle ilość dostępnego światła słonecznego, co jego rozproszenie. Ogniwom fotowoltaicznym chmury przeszkadzają, bo w  ogóle jest mniej światła i proporcjonalnie spada produkcja. W wypadku próby koncentracji tego światła, jeśli jest od razu rozproszone- sprawa jest beznadziejna.

Z powyższego opisu wyłania się technologia praktycznie idealna dla śródziemnomorskiego klimatu- gwarantowane słońce przez cieplejszą część roku, w chłodniejszej lepsze wiatry i obfitość energii wodnej uzupełniają zimowe niedostatki takiej konstrukcji.

A na koniec bonus

Od technicznej strony praktycznie nic nie stoi na przeszkodzie konstrukcji hybrydowej. Można zbudować i eksploatować elektrownię słoneczno- cieplną połączoną z gazową, węglową, itp. Po prostu- jeśli brakuje energii ze słońca używane jest paliwo. Albo po prostu energia słoneczna częściowo podgrzewa wodę. Lub jakakolwiek kombinacja powyższych. Takie konstrukcje też istnieją i mają się dobrze. Tu nawet nie sposób ocenić liczby takich instalacji, ponieważ wiele modernizowanych elektrowni i ciepłowni np. w Danii częściowo używa energii słonecznej.  A tu np. obliczenia dla sprawności przykładowego, dość prostego układu hybrydowego.

Konkludując

W śródziemnomorskim klimacie (i sporej części subtropikalnych) elektrownie polegające na spalaniu są właściwie przeżytkiem. Jeszcze działają i działać będą, ale budowa nowych jest gospodarczym absurdem i ryzykiem utknięcia w przestarzałej technologii.

P.S.

A jak dobrze pójdzie to sam będę mieć bardzo poważny związek z projektowaniem i budową konstrukcji tego typu, choć eksperymentalnie małej (zaledwie ok 100 kw) Zobaczymy, jeśli w istocie coś z tego wyjdzie, pewnie kiedyś opiszę. Choć akurat tej inwestycji nie wróżę wielkich szans powodzenia.

Reklamy

3 Komentarze

  1. Grzegorz pisze:

    Są jeszcze elektrownie grawitacyjne, czyli wodne, w dzień pompuje się wodę na górę do zbiornika, a w nocy spuszcza tą wodę (wtedy działa elektrownia wodna) do zbiornika dolnego. W Wielkiej Brytanii chyba taki duży system mają.

  2. Dzięki za info. Teks jak zwykle, choć sporo ich ostatnio. W sumie w samym artykule wspomniano, że E.ON uruchamia lobbing. Może by też zacząć pisać pod nich? Wyborcza ma straty, RWE i E.ON też ale razem mogą sobie nawzajem dobrze płacić.
    A merytorycznie- większość to są te same bzdury co zwykle, z jednym wyjątkiem. Rynek mocy popieram. Zasadniczo oparty na słoneczno cieplnych i biomasie, ale tymczasowo niech nawet tą kasę biorą koncerny i nie przeszkadzają.
    Inna sprawa, że są to wielkie stabilne firmy i jako takie stanowią dość ważną część np. systemów emerytalnych. Ale fundusze emerytalne po prostu się z nich wypakują powoli.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

Follow rewolucja energetyczna on WordPress.com
%d blogerów lubi to: