Lai saules enerģija patiešām darbotos, palieliniet siltumu

Rendijs Montoija

200 pēdu tornis atrodas rotējošu spoguļu lauka priekšā Ņūmeksikas štata Albukerkas dienvidu malā.

Tā ir Nacionālā saules termiskā testa iekārta, ko pārvalda Sandia National Laboratories un kurā zinātnieki strādā, lai izstrādātu karstākas, lētākas un efektīvākas tehnoloģijas saules enerģijas koncentrēšanai.

Simtiem spoguļu fokusē saules gaismu uz uztvērēju saules torņa augšpusē. Parastās sistēmās tas uzsildītu ūdeni vai citus šķidrumus, lai radītu tvaiku, kas darbina elektrisko turbīnu. Bet šeit tā vietā caur koncentrēto saules staru nepārtraukti krīt smalku keramikas daļiņu priekškars. Daļiņas, kas atgādina melnas smiltis, var viegli sasniegt temperatūru par 100 ˚C augstāku nekā standarta šķidrumi. Tas sola palielināt pieejamo enerģiju, samazinot ražošanas un uzglabāšanas izmaksas.

Šī pieeja ir viena no trim, kuras federālie pētnieki uzskata, ka varētu palīdzēt koncentrēt saules enerģiju beidzot kļūt par pieņemamu cenu un ilgtspējīgu. Pagājušā gada janvārī Nacionālā atjaunojamās enerģijas laboratorija publicēts nākamās paaudzes demonstrācijas ceļvedis, kurā tika uzsvērtas krītošās daļiņas, augstākas temperatūras izkausētā sāls sistēmas un uz gāzi balstīts siltuma pārneses šķidrums kā daudzsološi ceļi saules siltumenerģijas ražošanai līdz 2020. gadam par sešiem centiem par kilovatstundu, un šo mērķi izvirzīja Enerģētikas departamenta SunShot iniciatīva 2011. gadā.

Enerģētikas departaments septembrī paziņoja, ka ieguldīs 62 miljonus ASV dolāru apmēram desmitos daudzsološos projektos, kas iet uz šiem ceļiem, radot jaunu aizrautību jomā, kas lielā mērā bija izgaisusi no sabiedrības redzesloka (skatiet Making Sense of Trump's Surprising Investment in Solar ).

Pētnieki no Sandia, Nacionālās atjaunojamās enerģijas laboratorijas, Savannah River National Laboratory un Brayton Energy ir apstiprinājuši, ka MIT tehnoloģiju apskats ka viņi ir pieteikušies līdzekļiem individuāli vai kā komandas. Koncepcijas papīri bija jāmaksā šī mēneša sākumā, un pilnīgas pieteikumu iesniegšanas termiņš ir 2018. gada janvāra vidus.

Ikviens CSP uzskata to par lielisku pētniecības iespēju, saka Klifs Ho, Sandia inženieris un krītošo daļiņu projekta galvenais pētnieks.

Saules enerģijas koncentrēšanas lielā priekšrocība salīdzinājumā ar fotoelementiem ir tā, ka siltumenerģiju var uzglabāt vieglāk un lētāk nekā elektrību. Tas nozīmē, ka rūpnīcas var palielināt vai samazināt ražošanu, lai apmierinātu tīkla reāllaika prasības, pat naktī, un tas ir elastīgums, ko saules paneļi nevar nodrošināt bez lieliem, dārgiem akumulatoriem vai citiem ierobežotiem uzglabāšanas veidiem.

Saistīts stāsts

Saistīts stāsts DOE 62 miljoni ASV dolāru koncentrētos saules enerģijas projektos varētu virzīt uz priekšu tehnoloģiju, kas novērš kritisku fotoelementu trūkumu.

Problēma ir tā, ka koncentrētas saules elektrostacijas celtniecība un ekspluatācija ir dārga. 2,2 miljardu dolāru vērtā 170 000 spoguļu Ivanpah rūpnīca Kalifornijas Mohaves tuksnesī, kas pieder BrightSource, NRG un Google, ir tikai jaunākā melnā acs nozarei. Kopš nāk tiešsaistē 2014. gadā projektu ir nomocījušas augstās izmaksas, zema ražošana , uguns , un komunālo pakalpojumu komisija draudiem lai to izslēgtu. Astoņdesmitajos gados uzņēmums Luz International tajā pašā tuksnesī uzcēla deviņas iepriekšējās paaudzes koncentrētas saules enerģijas iekārtas, lai redzētu, ka šīs augsto izmaksu operācijas sabruka, jo beidzās valdības atbalsta politika. Luz un BrightSource abus dibināja Arnolds Goldmens, kurš nomira jūnijā (skat. Chasing the Sun ).

Lazarda izlīdzinātās enerģijas izmaksas Analīze pagājušā gada decembrī atklāja, ka enerģijas ražošana no saules siltuma torņa ar krātuvi bija no 119 līdz 182 USD par megavatstundu, salīdzinot ar 48–78 USD par kombinētā cikla dabasgāzi. Saskaņā ar teikto, pēdējie arī maksā apmēram vienu astoto daļu no kilovatu bāzes 2015. gada skaitļi no NREL.

DOE pētnieki iepriekš noteica, ka pirmais solis, lai uzlabotu saules enerģijas koncentrēšanas efektivitāti un ekonomiku, ir pāreja no tradicionālajiem tvaika enerģijas cikliem uz tā saukto superkritisko oglekļa dioksīda Braitona ciklu. Novietojot oglekļa dioksīdu zem augsta karstuma un spiediena, tas iegūst gan šķidruma, gan gāzes īpašības un ievērojami palielina enerģijas pārveidošanas efektivitāti.

UZ Zinātne papīrs maijā secināja ka superkritiskā oglekļa dioksīda Breitona cikls varētu būt līdz pat 30 procentiem efektīvāks nekā parastās tvaika turbīnas. Tomēr problēma ir tā, ka šī jaudas cikla darbībai ir nepieciešams vismaz 700 ˚C siltuma avots, lai pilnībā izmantotu tā potenciālu, kā arī siltuma pārneses sistēma, kas var darboties tik augstā temperatūrā.

Visi trīs NREL izceltie ceļi ir centieni paaugstināt temperatūru, lai gan katram ir savs solījumu un izaicinājumu kopums. Piemēram, kausētais sāls jau ir izdarīts, bet, lai pārietu uz alternatīviem sāļiem, kas spēj darboties augstākā temperatūrā, būs nepieciešami izturīgāki izolācijas materiāli, caurules un sūkņi. Gāzes pieeju varētu izmantot ar salīdzinoši viegli pārvaldāmām gāzēm, piemēram, oglekļa dioksīdu vai hēliju, taču būs nepieciešami papildu pētījumi, lai samazinātu jaudas aizplūšanu no gāzu cirkulācijas.

Saistīts stāsts

Saistīts stāsts Federālā valdība gatavojas tērēt miljardiem dolāru atjaunojamai enerģijai. Mūsu sērijas par federālo stimulu likumprojektu II daļā mēs aplūkojam izdevumu ietekmi uz saules enerģijas nākotni.

Sandia krītošo daļiņu uztvērējs ir vistuvāk strādājošam prototipam jebkurā no šiem ceļiem. Inženieri to pirmo reizi novietoja tornī Nacionālajā Saules termiskās testēšanas iekārtā 2015. gada jūlijā.

Daļiņas galvenokārt ir izgatavotas no alumīnija oksīda un dzelzs oksīda. Pēc izkrišanas cauri saules staram viņi cilpā brauc atpakaļ uz augšu ar liftu. Komanda ir sasniegusi pat 900 ˚C temperatūru, stāsta Sandijas inženieris Ho.

Šajā posmā uztvērējs nav pievienots nevienam papildu komponentam. Bet komanda ir sadarbojusies ar privātiem darbuzņēmējiem, lai izstrādātu siltummaini, kas galu galā pārnes siltumu no daļiņām uz spiediena oglekļa dioksīdu, kas plūst caur savienoto cilpu.

Atsevišķa grupa Sandijā jau ir bijusi attīstot un novērtējot superkritiskos oglekļa dioksīda ciklus. Ho komanda ir sākusi strādāt pie savas sistēmas, kas īpaši paredzēta koncentrētai saules enerģijas iekārtai. Viņi plāno pievienot siltummaini, tiklīdz tas nonāk martā, un superkritisko oglekļa dioksīda cilpu neilgi pēc tam. Ho saka, ka viņš cer ieslēgt integrēto sistēmu nākamajā vasarā.

paslēpties