Koncentrirana solarna energija: energetska rješenja za budućnost

Posljednjih godina potraga za održivim energetskim rješenjima dovela je do inovativnih tehnologija, od kojih je jedna koncentrirana solarna energija (CSP). Za razliku od tradicionalnih solarne ploče koje sunčevu svjetlost pretvaraju izravno u električnu energiju, CSP sustavi koriste zrcala ili leće za koncentriranje sunčeve svjetlosti na malo područje, stvarajući toplinu koja se može pretvoriti u električnu energiju.

Razumijevanje koncentrirane solarne energije (CSP)

Koncentrirana solarna energija (CSP) je tehnologija obnovljive energije koja koristi zrcala ili leće za fokusiranje sunčeve svjetlosti na malo područje za stvaranje topline. Ta se toplina obično koristi za proizvodnju pare koja pokreće turbinu povezanu s generatorom, čime se proizvodi električna energija. CSP sustavi razlikuju se od tradicionalnih fotonaponskih (PV) solarnih panela jer se oslanjaju na toplinu, a ne na električnu energiju generiranu pretvaranjem sunčeve svjetlosti u istosmjernu struju (DC).

Kako radi CSP:

1. Koncentracija sunčeve svjetlosti:

   • Ogledala ili leće fokusiraju sunčevu svjetlost na a prijamnik koji se nalazi u žarišnoj točki.
   • Najčešći tipovi CSP sustava uključuju parabolična korita, solarni tornjevi, parabolične posudei Fresnelovi reflektori.

2. Proizvodnja topline:

   • Koncentrirana sunčeva svjetlost stvara visokotemperaturna toplina na prijemniku.
   • Ta se toplina zatim prenosi na radni fluid (kao što je voda, ulje ili rastaljena sol).

3. Proizvodnja energije:

   • Toplina iz tekućine koristi se za proizvodnju pare koja pokreće a turbina povezan s an električni generator.
   • Alternativno, neki CSP sustavi koriste Stirlingov motor koji se pokreće toplinom za stvaranje mehaničke energije.

4. Pohrana energije:

   • CSP sustavi često su opremljeni sa termoakumulacija za zadržavanje viška topline za proizvodnju električne energije tijekom oblačnih razdoblja ili noću.
   • Rastaljena sol se obično koristi za skladištenje, jer može apsorbirati i zadržati toplinu satima, omogućujući biljci da proizvodi energiju čak i kada sunce ne sja.

Vrste koncentrirane solarne energije (CSP)

Postoji nekoliko različitih tipova sustava koncentrirane solarne energije (CSP), svaki sa svojim jedinstvenim dizajnom i metodom hvatanja sunčeve svjetlosti. Pogledajmo pobliže glavne vrste CSP tehnologija:

Linearni Fresnel reflektori (LFR)

Linearni Fresnelovi reflektori koriste duga, ravna zrcala raspoređena u nizu za fokusiranje sunčeve svjetlosti na prijemnu cijev koja se nalazi iznad zrcala. Ova zrcala prate kretanje sunca preko neba, osiguravajući da je sunčeva svjetlost učinkovito koncentrirana tijekom dana. Toplina koja se stvara u cijevi prijamnika zagrijava tekućinu koja se zatim koristi za proizvodnju pare za proizvodnju električne energije. LFR sustavi obično su jeftiniji za izgradnju od ostalih CSP tehnologija, što ih čini atraktivnom opcijom komunalne projekte.

Parabolični sakupljači tanjura (PDC)

Parabolični skupljači antene sastoje se od zrcala u obliku tanjura koje fokusira sunčevu svjetlost na prijemnik koji se nalazi u žarišnoj točki antene. Ova postavka omogućuje postizanje visokih temperatura, što omogućuje proizvodnju električne energije pomoću Stirlingovog motora ili male parne turbine. Iako PDC sustavi mogu biti vrlo učinkoviti i proizvoditi električnu energiju čak i u manjim razmjerima, često su složeniji i skuplji u usporedbi s drugim vrstama CSP-a, što ograničava njihovu široku upotrebu.

Parabolični koritasti kolektori (PTC)

Parabolični koritasti kolektori jedna su od najčešće korištenih CSP tehnologija. U ovom dizajnu zrcala paraboličnog oblika usmjeravaju sunčevu svjetlost na prijemnu cijev ispunjenu tekućinom za prijenos topline. Kako se tekućina zagrijava, cirkulira u izmjenjivač topline, gdje proizvodi paru za pogon turbine. PTC sustavi poznati su po svojoj pouzdanosti i učinkovitosti te se često koriste u velike solarne elektrane, osiguravajući značajne količine energije.

Solarni tornjevi (ST)

Solarni tornjevi ili solarni termalni tornjevi koriste veliki niz zrcala (heliostata) koji prate sunce i reflektiraju sunčevu svjetlost do središnjeg tornja. Na vrhu tornja, prijemnik skuplja koncentriranu sunčevu svjetlost i zagrijava tekućinu, koja se može koristiti za proizvodnju pare za električnu energiju. Ova vrsta CSP sustava može postići vrlo visoke temperature i sposobna je učinkovito skladištiti energiju, što ga čini moćnom opcijom za veliku proizvodnju solarne energije.

Prednosti i nedostaci koncentrirane solarne energije (CSP)

Prednosti

1. Visoka efikasnost: CSP sustavi mogu postići visoku učinkovitost u pretvaranju solarne energije u električnu energiju, posebno kada su upareni sa skladištem toplinske energije. To ih čini sposobnima generirati značajne količine električne energije.

2. Sposobnost pohrane energije: Jedna od istaknutih značajki CSP-a je njegova sposobnost pohranjivanja toplinske energije. To znači da CSP postrojenja mogu proizvoditi električnu energiju čak i kada sunce ne sija, pružajući pouzdaniju opskrbu energijom u usporedbi s tradicionalnim solarnim pločama.

3. Generacija velikih razmjera: CSP tehnologija posebno je prikladna za komunalne projekte. Može generirati značajne količine električne energije, što ga čini održivom opcijom za zadovoljenje energetskih potreba gradova i industrije.

4. Smanjene emisije stakleničkih plinova: Korištenjem solarne energije, CSP sustavi doprinose smanjenju emisije stakleničkih plinova u usporedbi s elektranama na fosilna goriva, igrajući značajnu ulogu u ublažavanju klimatskih promjena.

5. Potencijal za hibridne sustave: CSP se može integrirati s drugim izvorima energije, poput prirodnog plina, kako bi se stvorili hibridni sustavi koji povećavaju energetsku pouzdanost i učinkovitost.

Nedostaci

1. Zahtijeva izravnu sunčevu svjetlost: CSP tehnologija najučinkovitija je u regijama s obilnom izravnom sunčevom svjetlošću. Muči se s proizvodnjom električne energije za oblačnih ili kišnih dana, što može ograničiti njegovu primjenjivost u manje sunčanim klimama.

2. Visoki početni kapitalni troškovi: Početna investicija za CSP sustave može biti značajna. Trošak ogledala, zemljišta i infrastrukture može biti visok, što može biti prepreka za neke programere.

3. Problemi s korištenjem zemljišta i vode: CSP postrojenja zahtijevaju velike količine zemlje za smještaj solarnih panela. Dodatno, mnogi CSP sustavi koriste vodu za hlađenje, što izaziva zabrinutost u sušnim regijama gdje su vodni resursi ograničeni.

4. Složenost održavanja i rada: Mehaničke komponente CSP sustava, poput ogledala i sustava za praćenje, zahtijevaju redovito održavanje kako bi se osigurala optimalna izvedba. To može dovesti do povećane operativne složenosti i troškova.

5. Ograničena geografska prikladnost: CSP nije prikladan za sve geografske lokacije. Područja s ograničenom količinom sunčeve svjetlosti, velikom naoblakom ili čestim vremenskim nepogodama možda neće imati toliko koristi od ove tehnologije kao sunčanija područja.

Značajni projekti koncentrirane solarne energije diljem svijeta

Tehnologija koncentrirane solarne energije (CSP) doživjela je značajnu primjenu diljem svijeta, s nekoliko značajnih projekata koji pokazuju njezin potencijal za proizvodnju energije velikih razmjera. Evo nekoliko reprezentativnih CSP projekata:

1. Ivanpah Solar Electric Generation System (SAD)

Smješten u kalifornijskoj pustinji Mojave, Ivanpah solarni električni sustav za proizvodnju jedna je od najvećih CSP tvornica na svijetu. Sastoji se od tri solarna tornja i ima ukupni kapacitet od 392 megavata (MW). Postrojenje koristi više od 300,000 ogledala za fokusiranje sunčeve svjetlosti na kotlove koji se nalaze na vrhu tornjeva. Ivanpah je počeo s radom 2014. godine i sposoban je proizvesti dovoljno električne energije za napajanje približno 140,000 domova, značajno smanjujući emisije ugljika.

2. Koncentrirani solarni kompleks Noor (Maroko)

The Noor koncentrirani solarni kompleks, koji se nalazi u blizini Ouarzazatea, jedan je od najvećih solarnih projekata na globalnoj razini. Sastoji se od četiri faze, ukupne instalirane snage 580 MW. Projekt koristi kombinaciju tehnologije paraboličnog korita i solarnog tornja. Kada bude u potpunosti operativan, očekuje se da će Noor opskrbljivati ​​električnom energijom više od milijun ljudi i nadoknaditi oko 760,000 tona emisija CO2 godišnje. Njegova prva faza, Noor I, počela je s radom 2016.

3. Projekt solarne energije Crescent Dunes (SAD)

The Solarna energija Crescent Dunes Projekt, koji se nalazi u Nevadi, koristi dizajn tornja za solarnu energiju i ima kapacitet od 110 MW. Objekt ima jedinstveni sustav za skladištenje toplinske energije, koji mu omogućuje opskrbu električnom energijom čak i nakon zalaska sunca. Crescent Dunes može opskrbljivati ​​strujom oko 75,000 domova, uz mogućnost skladištenja energije nekoliko sati, što ga čini pouzdanim izvorom obnovljive energije. Projekt je započeo s radom 2015. godine i ključni je igrač u promicanju tehnologija za pohranu energije.

4. Solana Generation Station (SAD)

Također se nalazi u Arizoni, Generatorska stanica Solana ima kapacitet od 280 MW i poznat je po tehnologiji paraboličnog korita. Ovo postrojenje ima sustav za pohranjivanje toplinske energije koji mu omogućuje opskrbu električnom energijom šest sati nakon što sunce zađe. Solana godišnje može opskrbiti približno 70,000 domova i značajno doprinosi smanjenju emisije stakleničkih plinova. Postrojenje je počelo s radom 2013. godine i bilo je ključno u demonstriranju održivosti CSP-a sa skladištenjem.

5. Gemasolar Thermosolar Plant (Španjolska)

The Tvornica Gemasolar, smještena u Andaluziji, Španjolska, prvo je komercijalno postrojenje koje koristi tehnologiju središnjeg tornja sa skladištem rastaljene soli. Ima kapacitet od 20 MW i može kontinuirano davati energiju, čak i noću, zahvaljujući mogućnostima pohrane topline. Gemasolar može opskrbiti strujom oko 25,000 domova i postigao je izvanredan radni rekord, s više od 15 sati kontinuirane proizvodnje energije. Tvornica je započela s radom 2011. godine i postala je uzor za buduće CSP projekte.

Trošak koncentrirane solarne energije

Trošak CSP sustava obično se mjeri u smislu izravne cijene električne energije (LCOE), koja odražava prosječnu cijenu po megavat-satu (MWh) električne energije proizvedene tijekom životnog vijeka projekta. Prema izvješću Međunarodne agencije za obnovljivu energiju (IRENA), LCOE za CSP tehnologiju u 2021. iznosio je približno 60 do 120 USD po MWh, ovisno o specifičnoj tehnologiji i karakteristikama projekta.

Usporedba s drugim obnovljivim izvorima energije

1. Wind Power: LCOE za kopnenu vjetroelektranu općenito je niži od CSP-a. Od 2021. LCOE za kopneni vjetar kretao se od 30 do 60 USD po MWh, što ga čini jednim od najisplativijih dostupnih obnovljivih izvora energije.

2. hidroenergija: Hidroenergija obično ima konkurentan LCOE, u rasponu od 30 do 50 USD po MWh. Međutim, to značajno varira ovisno o zemljopisnom položaju, veličini objekta i ekološkim aspektima.

3. Fotonaponski solarni (PV): Trošak solarne PV drastično je pao posljednjih godina. Godine 2021. LCOE za solarne fotonaponske sustave na razini komunalnih poduzeća iznosio je oko 30 do 50 USD po MWh, što ga čini konkurentnim i vjetru i hidroenergiji. Sve niža cijena solarnih panela i napredak tehnologije pridonijeli su ovom trendu.

Je li koncentrirana solarna energija prikladna za kućnu upotrebu?

Koncentrirana solarna energija (CSP) prvenstveno je dizajnirana za operacije na razini komunalnih poduzeća, što je čini nepraktičnom za stambene primjene. CSP sustavi zahtijevaju velike površine zemlje i specifične uvjete, kao što je obilna izravna sunčeva svjetlost, što obično nije izvedivo za pojedinačne domove. Složenost i troškovi povezani s instaliranjem CSP tehnologije u malim razmjerima dodatno ograničavaju njezinu upotrebu u stambene svrhe.

Ako ste zainteresirani za korištenje obnovljive energije kod kuće, najbolja opcija je da razmislite krovne solarne ploče. Ovi sustavi su posebno dizajnirani za stambenu upotrebu i mogu učinkovito pretvoriti sunčevu svjetlost u električnu energiju bez potrebe za velikim zemljištem ili infrastrukturom. Krovni solarni paneli mogu proizvesti dovoljno energije za napajanje vašeg doma, smanjujući ovisnost o električnoj mreži i smanjujući vaše račune za energiju.

At Shielden, nudimo visoku kvalitetu 10 kW solarni sustav prilagođen za stambene potrebe. Ovaj sustav pruža robusno rješenje za iskorištavanje sunčeve energije, osiguravajući da možete iskoristiti snagu sunca izravno sa svog krova. Uz dodatne prednosti poreznih poticaja i uštede energije, prelazak na solarni sustav može biti pametna investicija za vaš dom.