Kad saulės energija tikrai veiktų, padidinkite šilumą

Randy Montoya

200 pėdų bokštas stovi priešais besisukančių veidrodžių lauką pietiniame Albukerkės krašte, Naujojoje Meksikoje.

Tai Nacionalinė saulės šiluminio bandymo priemonė, kurią valdo Sandia National Laboratories, kur mokslininkai kuria karštesnes, pigesnes ir efektyvesnes saulės energijos koncentravimo technologijas.

Šimtai veidrodžių nukreipia saulės šviesą į imtuvą, esantį saulės bokšto viršuje. Įprastose sistemose tai šildytų vandenį ar kitus skysčius, kad susidarytų garai, varantys elektros turbiną. Tačiau čia per koncentruotą saulės spindulį nuolat krenta smulkių keraminių dalelių uždanga. Dalelės, kurios primena juodą smėlį, gali lengvai pasiekti 100 ˚C aukštesnę temperatūrą nei standartiniai skysčiai. Tai žada padidinti turimą energiją, mažinti gamybos ir saugojimo išlaidas.

Šis metodas yra vienas iš trijų, kurie, federaliniai mokslininkai, gali padėti sutelkti saulės energiją pagaliau tapti prieinama ir tvaria. Pernai sausį Nacionalinė atsinaujinančios energijos laboratorija paskelbta naujos kartos demonstracinis gairių žemėlapis, kuriame pabrėžiamos krintančios dalelės, aukštesnės temperatūros išlydytos druskos sistemos ir dujų pagrindu pagamintas šilumos perdavimo skystis kaip perspektyvūs būdai iki 2020 m. gaminti saulės šiluminę energiją šešiais centais už kilovatvalandę. Energetikos departamento iniciatyva „SunShot“ 2011 m.

Energetikos departamentas rugsėjį paskelbė, kad investuos 62 mln. USD į maždaug tuziną perspektyvių projektų šiais keliais, sukeldamas naują jaudulį srityje, kuri iš esmės išnyko iš visuomenės požiūrio (žr. Making Sense of Trump's Surprising Investment in Solar).

Sandia, Nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos, Savannah River nacionalinės laboratorijos ir Brayton Energy mokslininkai patvirtino, kad MIT technologijų apžvalga kad jie kreipėsi dėl lėšų, individualiai arba kaip komandos. Koncepciniai dokumentai turėjo mokėti anksčiau šį mėnesį, o visų paraiškų pateikimo terminas yra 2018 m. sausio vidurys.

Visi CSP darbuotojai į tai žiūri kaip į puikią tyrimo galimybę, sako Cliff Ho, Sandia inžinierius ir pagrindinis krintančių dalelių projekto tyrėjas.

Didelis saulės energijos koncentravimo pranašumas prieš fotovoltinę energiją yra tai, kad šilumos energiją galima kaupti lengviau ir pigiau nei elektrą. Tai reiškia, kad gamyklos gali padidinti arba sumažinti gamybą, kad patenkintų realiojo laiko tinklo poreikius, net ir naktį. Tai lankstumas, kurio saulės baterijos negali atitikti be didelių, brangių baterijų ar kitų ribotų saugojimo formų.

Susijusi istorija

Susijusi istorija DOE 62 milijonai dolerių koncentruotiems saulės energijos projektams galėtų paskatinti technologiją, kuri pašalintų esminį fotovoltinės energijos trūkumą.

Problema ta, kad koncentruotos saulės elektrinės statyba ir eksploatavimas yra brangus. 2,2 milijardo dolerių vertės 170 000 veidrodžių Ivanpah gamykla Kalifornijos Mohavės dykumoje, priklausanti BrightSource, NRG ir Google, yra tik naujausia šio sektoriaus akis. Nuo ateina į internetą 2014 m. projektą kankino didelės išlaidos, maža gamyba , gaisras , ir komunalinių paslaugų komisiniai grasinimai jį uždaryti. Devintajame dešimtmetyje „Luz International“ toje pačioje dykumoje pastatė devynias ankstesnės kartos koncentruotas saulės jėgaines, kad tos brangios operacijos žlugo, kai nutrūko palaikomoji vyriausybės politika. „Luz“ ir „BrightSource“ įkūrė Arnoldas Goldmanas, kuris mirė birželį (žr. Saulės vaikymasis).

Lazardo išlygintos energijos sąnaudos Analizė praėjusį gruodį nustatė, kad energijos gamyba iš saulės šilumos bokšto su saugykla siekė nuo 119 iki 182 USD už megavatvalandę, o už kombinuoto ciklo gamtines dujas – nuo ​​48 iki 78 USD. Pastarasis taip pat kainuoja apie aštuntadalį tiek, kiek kilovatų pagrindu, pasak jų 2015 metų skaičiai iš NREL.

DOE tyrėjai anksčiau nustatė, kad pirmasis žingsnis siekiant pagerinti saulės energijos koncentravimo efektyvumą ir ekonomiškumą yra perėjimas nuo tradicinių garo energijos ciklų prie vadinamojo superkritinio anglies dioksido Braitono ciklo. Anglies dioksidą veikiant aukštai temperatūrai ir slėgiui, jis įgauna tiek skysčio, tiek dujų savybes ir žymiai padidina energijos konversijos efektyvumą.

KAM Mokslas popierius gegužės mėnesį padarė išvadą kad superkritinis anglies dioksido Braitono ciklas gali būti iki 30 procentų efektyvesnis nei įprastos garo turbinos. Tačiau problema yra ta, kad norint vykdyti šį galios ciklą reikalingas mažiausiai 700 ˚C šilumos šaltinis, kad būtų išnaudotas visas jo potencialas, taip pat šilumos perdavimo sistema, kuri gali veikti tokioje aukštoje temperatūroje.

Visi trys išryškinti NREL būdai yra pastangos pakelti temperatūrą, nors kiekvienas turi savo pažadų ir iššūkių. Pavyzdžiui, išlydyta druska jau buvo atlikta, tačiau norint pereiti prie alternatyvių druskų, galinčių veikti aukštesnėje temperatūroje, reikės patvaresnių izoliacinių medžiagų, vamzdžių ir siurblių. Dujų metodas galėtų būti taikomas naudojant gana lengvai valdomas dujas, tokias kaip anglies dioksidas ar helis, tačiau reikės atlikti papildomus tyrimus, kad būtų sumažintas dujų cirkuliacijos energijos nutekėjimas.

Susijusi istorija

Susijusi istorija Federalinė vyriausybė ketina išleisti milijardus dolerių atsinaujinančiai energijai. Antroje serijos dalyje dėl federalinių paskatų įstatymo apžvelgiame, kokį poveikį išlaidos turės saulės energijos ateičiai.

Sandia krintančių dalelių imtuvas yra arčiausiai veikiančio prototipo bet kuriuo iš šių kelių. Pirmą kartą inžinieriai jį pastatė ant bokšto Nacionalinėje saulės šilumos bandymų gamykloje 2015 m. liepos mėn.

Dalelės daugiausia pagamintos iš aliuminio oksido ir geležies oksido. Iškritę per saulės spindulį, jie grįžta į viršų liftu, kilpa. Komanda pasiekė net 900 ˚C temperatūrą, sako Sandia inžinierius Ho.

Šiame etape imtuvas nėra prijungtas prie jokių papildomų komponentų. Tačiau komanda bendradarbiauja su privačiais rangovais, kad sukurtų šilumokaitį, kuris galiausiai perkels šilumą iš dalelių į suslėgtą anglies dioksidą, tekantį per prijungtą kilpą.

Atskira grupė Sandijoje jau buvo besivystantis ir superkritinių anglies dioksido ciklų įvertinimas. „Ho“ komanda pradėjo kurti savo sistemą, skirtą koncentruojančiam saulės energijos įrenginiui. Jie ketina prijungti šilumokaitį, kai jis atvyks kovo mėnesį, o superkritinės anglies dioksido kilpą netrukus po to. Ho sako, kad tikisi integruotą sistemą įjungti kitą vasarą.

paslėpti