Koncentrovaná solární energie: Energetická řešení pro budoucnost

V posledních letech vedlo hledání udržitelných energetických řešení k inovativním technologiím, z nichž jednou je koncentrovaná solární energie (CSP). Na rozdíl od tradičních solární panely, které přeměňují sluneční světlo přímo na elektřinu, CSP systémy využívají zrcadla nebo čočky ke koncentraci slunečního světla na malou plochu, generující teplo, které lze přeměnit na elektřinu.

Porozumění koncentrované solární energii (CSP)

Koncentrovaná solární energie (CSP) je technologie obnovitelné energie, která využívá zrcadla nebo čočky k zaostření slunečního světla na malou plochu, aby se vytvořilo teplo. Toto teplo se obvykle používá k výrobě páry, která pohání turbínu připojenou ke generátoru, čímž se vyrábí elektřina. Systémy CSP se liší od tradičních fotovoltaických (PV) solárních panelů, protože se spoléhají spíše na teplo než na elektřinu generovanou přeměnou slunečního světla na stejnosměrný proud (DC).

Jak CSP funguje:

1. Koncentrace slunečního záření:

   • Zrcadla nebo čočky zaměřují sluneční světlo na a přijímač umístěný v ohnisku.
   • Mezi nejběžnější typy CSP systémů patří parabolické žlaby, solární elektrárny, parabolické nádobí, a Fresnelovy reflektory.

2. Výroba tepla:

   • Vzniká koncentrované sluneční světlo vysokoteplotní teplo u přijímače.
   • Toto teplo je poté přeneseno do pracovní tekutiny (jako je voda, olej nebo roztavená sůl).

3. Generátor elektřiny:

   • Teplo z tekutiny se využívá k výrobě páry, která pohání a turbína připojen k elektrický generátor.
   • Alternativně některé systémy CSP používají Stirlingův motor, který je poháněn teplem pro výrobu mechanické energie.

4. Úschovna energie:

   • Systémy CSP jsou často vybaveny skladování tepla k uchování přebytečného tepla pro výrobu energie během zatažené oblohy nebo v noci.
   • Roztavená sůl se běžně používá pro skladování, protože dokáže absorbovat a udržet teplo celé hodiny, což umožňuje rostlině vyrábět energii, i když slunce nesvítí.

Typy koncentrované solární energie (CSP)

Existuje několik různých typů systémů koncentrované solární energie (CSP), z nichž každý má svůj jedinečný design a způsob zachycování slunečního světla. Podívejme se blíže na hlavní typy technologií CSP:

Lineární Fresnelovy reflektory (LFR)

Lineární Fresnelovy reflektory používají dlouhá, plochá zrcadla uspořádaná v sérii k zaostření slunečního světla na trubici přijímače umístěnou nad zrcadly. Tato zrcadla sledují pohyb slunce po obloze a zajišťují tak efektivní soustředění slunečního světla po celý den. Teplo generované v přijímací trubici ohřívá tekutinu, která se pak používá k výrobě páry pro výrobu elektřiny. Systémy LFR jsou obvykle levnější na stavbu než jiné technologie CSP, což z nich činí atraktivní volbu projekty v užitkovém měřítku.

Parabolické sběrače nádobí (PDC)

Parabolic Dish Collectors se skládají ze zrcadla ve tvaru misky, které soustřeďuje sluneční světlo na přijímač umístěný v ohnisku paraboly. Toto nastavení umožňuje dosáhnout vysokých teplot, což umožňuje vyrábět elektřinu pomocí Stirlingova motoru nebo malé parní turbíny. Zatímco systémy PDC mohou být vysoce účinné a vyrábět elektřinu i v menším měřítku, jsou často složitější a dražší ve srovnání s jinými typy CSP, což omezuje jejich široké použití.

Parabolické žlabové kolektory (PTC)

Parabolic Trough Collectors jsou jednou z nejčastěji používaných CSP technologií. V tomto provedení zrcadla parabolického tvaru soustřeďují sluneční světlo na přijímací trubici naplněnou teplonosnou kapalinou. Jak se tekutina zahřívá, cirkuluje do výměníku tepla, kde vyrábí páru pro pohon turbíny. PTC systémy jsou známé svou spolehlivostí a efektivitou a jsou často nasazovány v velké solární elektrárnyposkytující značné množství energie.

Solární elektrárny (ST)

Solární energetické věže nebo solární tepelné věže využívají velké pole zrcadel (heliostatů), které sledují slunce a odrážejí sluneční světlo do centrální věže. V horní části věže přijímač shromažďuje koncentrované sluneční světlo a ohřívá tekutinu, kterou lze použít k výrobě páry na elektřinu. Tento typ systému CSP může dosahovat velmi vysokých teplot a je schopen efektivně ukládat energii, což z něj činí výkonnou volbu pro rozsáhlou výrobu solární energie.

Výhody a nevýhody koncentrované solární energie (CSP)

Výhody

1. Vysoká účinnost: Systémy CSP mohou dosáhnout vysoké účinnosti při přeměně solární energie na elektřinu, zejména ve spojení s akumulací tepelné energie. Díky tomu jsou schopny vyrábět značné množství elektřiny.

2. Schopnost skladování energie: Jednou z výjimečných vlastností CSP je jeho schopnost ukládat tepelnou energii. To znamená, že elektrárny CSP mohou vyrábět elektřinu, i když nesvítí slunce, a poskytují tak spolehlivější dodávku energie ve srovnání s tradičními solárními panely.

3. Generace ve velkém měřítku: Technologie CSP je zvláště vhodná pro projekty v užitkovém měřítku. Dokáže generovat značné množství elektřiny, což z něj činí životaschopnou možnost pro splnění energetických požadavků měst a průmyslových odvětví.

4. Snížené emise skleníkových plynů: Využíváním solární energie přispívají systémy CSP ke snížení emisí skleníkových plynů ve srovnání s elektrárnami na fosilní paliva a hrají významnou roli při zmírňování změny klimatu.

5. Potenciál pro hybridní systémy: CSP lze integrovat s jinými zdroji energie, jako je zemní plyn, a vytvořit tak hybridní systémy, které zvyšují energetickou spolehlivost a účinnost.

Nevýhody

1. Vyžaduje přímé sluneční světlo: Technologie CSP je nejúčinnější v oblastech s hojným přímým slunečním světlem. Má potíže s výrobou elektřiny v zatažených nebo deštivých dnech, což může omezit jeho použitelnost v méně slunečných klimatických podmínkách.

2. Vysoké počáteční kapitálové náklady: Počáteční investice do systémů CSP může být značná. Náklady na zrcadla, pozemky a infrastrukturu mohou být vysoké, což může být pro některé vývojáře překážkou.

3. Obavy z využívání půdy a vody: Zařízení CSP vyžadují velké množství půdy pro umístění solárních polí. Mnoho systémů CSP navíc používá vodu k chlazení, což vyvolává obavy v suchých oblastech, kde jsou vodní zdroje omezené.

4. Údržba a provozní složitost: Mechanické součásti systémů CSP, jako jsou zrcátka a sledovací systémy, vyžadují pravidelnou údržbu, aby byl zajištěn optimální výkon. To může vést ke zvýšené provozní složitosti a nákladům.

5. Omezená geografická vhodnost: CSP není vhodný pro všechny zeměpisné oblasti. Oblasti s omezeným slunečním zářením, vysokou oblačností nebo častou nepřízní počasí nemusí tato technologie těžit tolik jako slunečnější oblasti.

Pozoruhodné projekty koncentrované solární energie po celém světě

Technologie koncentrované solární energie (CSP) zaznamenala významné nasazení po celém světě a několik významných projektů předvádí její potenciál pro výrobu energie ve velkém měřítku. Zde je několik reprezentativních projektů CSP:

1. Ivanpah Solar Electric Generating System (USA)

Nachází se v kalifornské Mohavské poušti Solární systém výroby elektřiny Ivanpah je jedním z největších závodů CSP na světě. Skládá se ze tří solárních elektráren a má celkovou kapacitu 392 megawattů (MW). Závod využívá více než 300,000 2014 zrcadel k soustředění slunečního světla na kotle umístěné na vrcholu věží. Ivanpah zahájil provoz v roce 140,000 a je schopen vyrobit dostatek elektřiny pro napájení přibližně XNUMX XNUMX domácností, což výrazně snižuje emise uhlíku.

2. Noor koncentrovaný solární komplex (Maroko)

Jedno Noor koncentrovaný solární komplex, který se nachází nedaleko Ouarzazate, je jedním z největších solárních projektů na světě. Skládá se ze čtyř fází s celkovým instalovaným výkonem 580 MW. Projekt využívá kombinaci technologie parabolického žlabu a solární věže. Očekává se, že po plném provozu bude Noor poskytovat elektřinu více než milionu lidí a kompenzovat přibližně 760,000 2 tun emisí CO2016 ročně. Jeho první fáze, Noor I, zahájila provoz v roce XNUMX.

3. Crescent Dunes Solar Energy Project (USA)

Jedno Sluneční energie Crescent Dunes Projekt, který se nachází v Nevadě, využívá konstrukci solární elektrárny a má kapacitu 110 MW. Zařízení je vybaveno unikátním systémem akumulace tepelné energie, který umožňuje poskytovat elektřinu i po západu slunce. Crescent Dunes dokáže zásobovat energií přibližně 75,000 2015 domácností a dokáže uchovat energii na několik hodin, což z ní činí spolehlivý zdroj obnovitelné energie. Projekt zahájil provoz v roce XNUMX a je klíčovým hráčem v podpoře technologií skladování energie.

4. Elektrárna Solana (USA)

Také umístil v Arizoně, Elektrárna Solana má kapacitu 280 MW a vyznačuje se technologií parabolického žlabu. Tato elektrárna je vybavena systémem akumulace tepelné energie, který jí umožňuje poskytovat elektřinu šest hodin po západu slunce. Solana dokáže napájet přibližně 70,000 2013 domácností ročně a významně přispívá ke snižování emisí skleníkových plynů. Zařízení zahájilo provoz v roce XNUMX a bylo nápomocno při demonstraci životaschopnosti CSP se skladováním.

5. Gemasolární termosolární rostlina (Španělsko)

Jedno Gemasolar závod, který se nachází v Andalusii, Španělsko, je prvním komerčním závodem, který využívá technologii centrální věže se zásobníkem roztavené soli. Má kapacitu 20 MW a díky svým schopnostem akumulace tepla dokáže dodávat energii nepřetržitě i v noci. Gemasolar může dodávat energii do přibližně 25,000 15 domácností a dosáhl pozoruhodného provozního rekordu s více než 2011 hodinami nepřetržité výroby energie. Závod zahájil provoz v roce XNUMX a stal se vzorem pro budoucí projekty CSP.

Náklady na koncentrovanou solární energii

Náklady na systémy CSP jsou obvykle měřeny z hlediska vyrovnaných nákladů na elektřinu (LCOE), které odrážejí průměrné náklady na megawatthodinu (MWh) elektřiny vyrobené po dobu životnosti projektu. Podle zprávy Mezinárodní agentury pro obnovitelné zdroje energie (IRENA) činila LCOE pro technologii CSP v roce 2021 přibližně 60 až 120 USD za MWh, v závislosti na konkrétní technologii a charakteristikách projektu.

Srovnání s ostatními obnovitelnými zdroji energie

1. Větrná energie: LCOE pro větrnou energii na pevnině je obecně nižší než u CSP. Od roku 2021 se LCOE pro větrnou energii na pevnině pohybovala od 30 do 60 USD za MWh, což z ní dělá jeden z cenově nejefektivnějších dostupných obnovitelných zdrojů energie.

2. Vodní síla: Vodní energie má obvykle konkurenční LCOE v rozmezí od 30 do 50 USD za MWh. To se však výrazně liší v závislosti na geografické poloze, velikosti zařízení a ekologických aspektech.

3. Fotovoltaická solární (PV): Náklady na solární fotovoltaiku v posledních letech dramaticky klesly. V roce 2021 se LCOE pro solární fotovoltaické systémy v užitkovém měřítku pohybovalo kolem 30 až 50 USD za MWh, což je činí konkurenceschopnými jak s větrnou, tak vodní energií. K tomuto trendu přispěly klesající náklady na solární panely a pokrok v technologii.

Je koncentrovaná solární energie vhodná pro domácí použití?

Koncentrovaná solární energie (CSP) je primárně navržena pro provoz ve veřejném měřítku, takže je nepraktická pro rezidenční aplikace. Systémy CSP vyžadují velké plochy půdy a specifické podmínky, jako je hojné přímé sluneční světlo, které obvykle nejsou pro jednotlivé domy proveditelné. Složitost a náklady spojené s instalací technologie CSP v malém měřítku dále omezují její použití pro obytné účely.

Pokud máte zájem o využití obnovitelné energie doma, nejlepší možností je zvážit střešní solární panely. Tyto systémy jsou speciálně navrženy pro rezidenční použití a dokážou efektivně přeměnit sluneční světlo na elektřinu bez potřeby rozsáhlého pozemku nebo infrastruktury. Střešní solární panely dokážou generovat dostatek energie pro napájení vašeho domova, čímž snižují závislost na elektrické síti a snižují vaše účty za energii.

At Shielden, nabízíme vysoce kvalitní 10 kW solární systém přizpůsobené pro potřeby bydlení. Tento systém poskytuje robustní řešení pro využití solární energie a zajišťuje, že můžete využívat sluneční energii přímo ze střechy. Díky dalším výhodám daňových pobídek a úsporám energie může být přechod na solární systém chytrou investicí pro váš domov.