Термодинамические солнечные электростанции, интегрированные с фотоэлектрическими элементами

(Zapoved) – Можно ли использовать солнечную энергию, в основном непрограммируемый источник, для стабильного, эффективного и всегда доступного производства энергии? Ответ да, и один из способов сделать это через термодинамические солнечные электростанции или CSP (концентрированная солнечная энергия). На бумаге эти установки могут вырабатывать чистую электроэнергию по требованию как днем, так и ночью, но также могут быть встроены в промышленные объекты для подачи пара для производственных циклов. На практике, однако, они по-прежнему представляют несколько проблем, поскольку технология CSP чрезвычайно дорога и потому, что поддерживать нужную температуру теплоносителя непросто. Решение может прийти от интеграции концентрированных солнечных электростанций с фотогальванический.

Немецкий проект работает над этим вариантом Гибрид Крафт, проведенный компаниями John Cockerill, Fnell и BASF New Business, а также исследовательским институтом Фраунгофера ISE. Инициатива, финансируемая Федеральным министерством экономики и защиты климата, реализует электрический нагреватель который использует избыточную фотоэлектрическую энергию для поддержание расплавленных солей при оптимальной температуре.

Термодинамические солнечные электростанции, технологический вызов

Термодинамические солнечные электростанции, что угодно системы центральной башни, линейные параболические коллекторы или линейные коллекторы Френеля, все они следуют базовой схеме. Они используют линзы и зеркала, чтобы концентрировать солнечные лучи на ресивере и нагревать теплоноситель, который течет внутри него, до высоких температур. Эта жидкость (расплавы солей, диатермические масла, пар/вода или сверхкритический CO2) затем накапливается или направляется к парогенератору, которому она передает тепло. Полученный пар, в свою очередь, приводит в действие турбогенератор, вырабатывающий электричество.

На производительность этих установок влияют различные факторы, но два из них имеют преобладающее значение: температура, которая может быть достигнута в ресивере (чем она выше, тем выше производительность системы) и снижение конвективных тепловых потерь. . Что касается температуры, наилучшие результаты в настоящее время получаются при расплавленные соли, экономичные, нетоксичные элементы с ограниченным воздействием на окружающую среду. В зависимости от используемой смеси можно получить повышение рабочих температур процесса до 450-550°С. Проблема? Как правило, при температуре ниже 270°C расплавленные соли становятся слишком вязкими, чтобы течь в контуре CSP; ниже 250°C они затвердевают, делая систему непригодной для использования. Наиболее прямое решение состоит в том, чтобы найти смеси с гораздо более низкой температурой затвердевания, что, очевидно, улучшит теплоизоляцию системы хранения. Но, кроме того, могут быть также предусмотрены системы, повышающие температуру жидкости на выходе.

Солнечные тепловые фотоэлектрические электростанции HybridKraft

Консорциум Гибрид Крафт работает над улучшением конструкции и производительности Интегрированная гибридная электростанция CSP и PV как на уровне компонентов, так и на уровне системной интеграции. В частности, он строит электрический нагреватель, рассчитанный на тепловую мощность от 50 до 100 МВтт, который использует избыточную фотоэлектрическую энергию для нагрева расплавленной соли термодинамической солнечной электростанции. Инженеры John Cockerill при поддержке ученых Fraunhofer ISE уже разработали прототип мощностью 1 МВтт, который теперь будет испытываться на новом испытательном стенде Немецкого института. На основе результатов и моделирования затем будет разработана конструкция электронагревателя большой мощности для изучения в сочетании с коллекторами Френеля.

В основном тепловые коллекторы Френеля, использующие расплав соли непосредственно в трубке поглотителя, могут отдавать тепло до 545°C. Но с помощью фотогальванической энергии и нагревателя можно оптимизировать температуру теплоносителя на выходе. “Мы можем использовать его для увеличения плотности хранения расплавленной соли и рабочей температуры турбины, а значит и эффективности системы.«, — объясняет руководитель проекта Шахаб Рухани ИСЭ Фраунгофера. «Но мы также можем снизить стоимость производства CSP, оптимизировав размер поля коллектора Френеля на основе подводимого тепла от электрического нагревателя».

Технология CSP, стоимость

За последнее десятилетие стоимость электроэнергии, производимой КСЭ, снизилась более чем на 50% благодаря более эффективным системам и более широкому использованию аккумулирования тепловой энергии. Но значения остаются высокими. Согласно недавнему исследованию, приведенная стоимость электроэнергии (LCOE) термодинамических солнечных электростанций с солнечными башнями составляет около 0,14 долл. США/кВтч, электростанций с линейными параболическими желобами — 0,17 долл. США/кВтч, установок с коллекторами Френеля — 0,14 долл. США/кВтч. $/кВтч. Одной из главных отраслевых целей является достижение LCOE в размере 0,05 долл. США/кВтч для станций базовой нагрузки с запасом тепловой энергии не менее 12 часов.

Дорога, которая кажется осуществимой благодаря интеграции с фотогальваникой. Недавнее исследование, проведенное Fraunhofer Chile Research, подсчитало, что гибридная установка PV-CSP с аккумулированием тепловой энергии сможет воспроизвести гибкость газовых электростанций при LCOE 0,053 доллара за кВтч.