През последните години търсенето на решения за устойчива енергия доведе до иновативни технологии, една от които е концентрираната слънчева енергия (CSP). За разлика от традиционните слънчеви панели, които преобразуват слънчевата светлина директно в електричество, CSP системите използват огледала или лещи, за да концентрират слънчевата светлина върху малка площ, генерирайки топлина, която може да се преобразува в електричество.
Разбиране на концентрираната слънчева енергия (CSP)
Концентрирана слънчева енергия (CSP) е технология за възобновяема енергия, която използва огледала или лещи за фокусиране на слънчевата светлина върху малка площ за генериране на топлина. Тази топлина обикновено се използва за производство на пара, която задвижва турбина, свързана с генератор, като по този начин произвежда електричество. CSP системите се различават от традиционните фотоволтаични (PV) слънчеви панели, защото разчитат на топлина, а не на електричество, генерирано чрез преобразуване на слънчевата светлина в постоянен ток (DC).
Как работи CSP:
-
Концентрация на слънчева светлина:
- Огледала или лещи фокусират слънчевата светлина върху a приемник разположени във фокусната точка.
- Най-често срещаните типове CSP системи включват параболични корита, слънчеви електрически кули, параболични ястия, и Рефлектори на Френел.
-
Генериране на топлина:
- Концентрираната слънчева светлина генерира високотемпературна топлина при приемника.
- След това тази топлина се прехвърля към работна течност (като вода, масло или разтопена сол).
-
Производство на електроенергия:
- Топлината от течността се използва за производство на пара, която задвижва a турбина свързан към an електрически генератор.
- Като алтернатива, някои CSP системи използват двигател на Стърлинг, който се захранва от топлината, за да генерира механична мощност.
-
Енергиен запас:
- CSP системите често са оборудвани с термично съхранение за задържане на излишната топлина за генериране на електроенергия по време на облачни периоди или през нощта.
- Разтопена сол обикновено се използва за съхранение, тъй като може да абсорбира и задържа топлина с часове, което позволява на растението да генерира енергия дори когато слънцето не грее.
Видове концентрирана слънчева енергия (CSP)
Има няколко различни вида системи за концентрирана слънчева енергия (CSP), всяка със своя уникален дизайн и метод за улавяне на слънчевата светлина. Нека разгледаме по-подробно основните видове CSP технологии:
Линейни френелови рефлектори (LFR)
Линейните френелови рефлектори използват дълги, плоски огледала, подредени в серия, за да фокусират слънчевата светлина върху приемна тръба, разположена над огледалата. Тези огледала проследяват движението на слънцето по небето, като гарантират, че слънчевата светлина е концентрирана ефективно през целия ден. Топлината, генерирана в приемната тръба, загрява течност, която след това се използва за производство на пара за генериране на електричество. LFR системите обикновено са по-евтини за изграждане от други CSP технологии, което ги прави привлекателна опция за тях проекти с мащаб на полезност.
Колектори с параболични чинии (PDC)
Колекторите с параболична чиния се състоят от огледало във формата на чиния, което фокусира слънчевата светлина върху приемник, разположен във фокусната точка на чинията. Тази настройка позволява постигането на високи температури, което прави възможно генерирането на електричество с помощта на двигател на Стърлинг или малка парна турбина. Въпреки че PDC системите могат да бъдат високоефективни и да произвеждат електричество дори в по-малки мащаби, те често са по-сложни и скъпи в сравнение с други типове CSP, което ограничава широкото им използване.
Колектори с параболични корита (PTC)
Параболичните колектори са една от най-често използваните CSP технологии. В този дизайн огледалата с параболична форма фокусират слънчевата светлина върху приемна тръба, пълна с течност за пренос на топлина. Докато течността се нагрява, тя циркулира към топлообменник, където произвежда пара за задвижване на турбина. PTC системите са известни със своята надеждност и ефективност и често се внедряват в големи слънчеви електроцентрали, осигуряващи значителни количества енергия.
Слънчеви електрически кули (ST)
Кулите със слънчева енергия или слънчевите топлинни кули използват голям набор от огледала (хелиостати), които проследяват слънцето и отразяват слънчевата светлина към централна кула. В горната част на кулата приемник събира концентрираната слънчева светлина и загрява течност, която може да се използва за генериране на пара за електричество. Този тип CSP система може да постигне много високи температури и е способна да съхранява енергия ефективно, което я прави мощна опция за широкомащабно производство на слънчева енергия.
Предимства и недостатъци на концентрираната слънчева енергия (CSP)
| Предимства | Недостатъци |
|---|---|
| Висока ефективност при преобразуване на слънчева енергия | Изисква пряка слънчева светлина |
| Възможност за съхранение на енергия | Високи първоначални капиталови разходи |
| Мащабно производство на електроенергия | Проблеми с използването на земята и водата |
| Намалени емисии на парникови газове | Сложност на поддръжката и експлоатацията |
| Потенциал за хибридни системи | Ограничена географска пригодност |
Предимства
-
Висока ефективност: CSP системите могат да постигнат висока ефективност при преобразуването на слънчевата енергия в електричество, особено когато са съчетани със съхранение на топлинна енергия. Това ги прави способни да генерират значителни количества електроенергия.
-
Възможност за съхранение на енергия: Една от забележителните характеристики на CSP е способността му да съхранява топлинна енергия. Това означава, че CSP инсталациите могат да произвеждат електричество дори когато слънцето не грее, осигурявайки по-надеждно енергоснабдяване в сравнение с традиционните слънчеви панели.
-
Мащабно генериране: CSP технологията е особено подходяща за проекти от мащаб на комунални услуги. Той може да генерира значителни количества електроенергия, което го прави жизнеспособна опция за задоволяване на енергийните нужди на градовете и индустриите.
-
Намалени емисии на парникови газове: Използвайки слънчева енергия, CSP системите допринасят за намаляване на емисиите на парникови газове в сравнение с електроцентралите с изкопаеми горива, като играят значителна роля за смекчаване на изменението на климата.
-
Потенциал за хибридни системи: CSP може да се интегрира с други енергийни източници, като природен газ, за създаване на хибридни системи, които повишават енергийната надеждност и ефективност.
Недостатъци
-
Изисква пряка слънчева светлина: CSP технологията е най-ефективна в региони с обилна пряка слънчева светлина. Той се бори да генерира електричество в облачни или дъждовни дни, което може да ограничи неговата приложимост в по-малко слънчев климат.
-
Високи първоначални капиталови разходи: Първоначалната инвестиция за CSP системи може да бъде значителна. Цената на огледалата, земята и инфраструктурата може да бъде висока, което може да бъде бариера за някои разработчици.
-
Загриженост за използването на земя и вода: CSP инсталациите изискват големи количества земя, за да поберат слънчевите масиви. Освен това много CSP системи използват вода за охлаждане, което поражда опасения в сухите региони, където водните ресурси са ограничени.
-
Сложност на поддръжката и експлоатацията: Механичните компоненти на системите CSP, като огледала и системи за проследяване, изискват редовна поддръжка, за да се осигури оптимална работа. Това може да доведе до повишена оперативна сложност и разходи.
-
Ограничена географска пригодност: CSP не е подходящ за всички географски местоположения. Райони с ограничена слънчева светлина, висока облачност или често лошо време може да не се възползват толкова от тази технология, колкото по-слънчевите региони.
Известни проекти за концентрирана слънчева енергия по света
Технологията за концентрирана слънчева енергия (CSP) получи значително внедряване по целия свят, с няколко забележителни проекта, демонстриращи нейния потенциал за широкомащабно генериране на енергия. Ето няколко представителни CSP проекта:
1. Слънчева електрическа генераторна система Ivanpah (САЩ)
Разположен в калифорнийската пустиня Мохаве, Слънчева електрическа система Ivanpah е един от най-големите CSP заводи в света. Състои се от три слънчеви кули и има общ капацитет от 392 мегавата (MW). Заводът използва повече от 300,000 2014 огледала, за да фокусира слънчевата светлина върху котлите, разположени на върха на кулите. Ivanpah започна работа през 140,000 г. и е в състояние да генерира достатъчно електричество за захранване на приблизително XNUMX XNUMX домове, като значително намалява въглеродните емисии.
2. Концентриран слънчев комплекс Noor (Мароко)
- Концентриран слънчев комплекс Noor, разположен близо до Уарзазат, е един от най-големите соларни проекти в световен мащаб. Състои се от четири фази, с обща инсталирана мощност от 580 MW. Проектът използва комбинация от технологии за параболични корита и соларни кули. Когато заработи напълно, Noor се очаква да осигури електричество на над един милион души и да компенсира около 760,000 2 тона CO2016 емисии годишно. Първата му фаза, Noor I, започна работа през XNUMX г.
3. Проект за слънчева енергия Crescent Dunes (САЩ)
- Слънчева енергия Crescent Dunes Проектът, разположен в Невада, използва дизайн на слънчева кула и има капацитет от 110 MW. Съоръжението разполага с уникална система за съхранение на топлинна енергия, която му позволява да осигурява електричество дори след залез слънце. Crescent Dunes може да захранва около 75,000 2015 домове, като има способността да съхранява енергия за няколко часа, което го прави надежден източник на възобновяема енергия. Проектът стартира дейност през XNUMX г. и е ключов играч в насърчаването на технологии за съхранение на енергия.
4. Генераторна станция Solana (САЩ)
Също така се намира в Аризона, the Генераторна станция Солана има капацитет от 280 MW и се отличава със своята параболична технология. Тази централа разполага със система за съхранение на топлинна енергия, която й позволява да осигурява електричество шест часа след залез слънце. Solana може да захранва приблизително 70,000 2013 домове годишно и значително допринася за намаляване на емисиите на парникови газове. Съоръжението започна работа през XNUMX г. и изигра важна роля в демонстрирането на жизнеспособността на CSP със съхранение.
5. Gemasolar Thermosolar Plant (Испания)
- Завод Gemasolar, разположен в Андалусия, Испания, е първият комерсиален завод, който използва технология с централна кула със съхранение на разтопена сол. Той има капацитет от 20 MW и може да осигурява енергия непрекъснато, дори през нощта, благодарение на възможностите си за съхранение на топлина. Gemasolar може да захранва около 25,000 15 домове и постигна забележителен оперативен рекорд с над 2011 часа непрекъснато генериране на енергия. Заводът започна работа през XNUMX г. и се превърна в модел за бъдещи проекти на CSP.
Цената на концентрираната слънчева енергия
Цената на CSP системите обикновено се измерва от гледна точка на изравнена цена на електроенергия (LCOE), която отразява средната цена на мегаватчас (MWh) електроенергия, генерирана през жизнения цикъл на проекта. Според доклад на Международната агенция за възобновяема енергия (IRENA), LCOE за технологията CSP през 2021 г. е била приблизително 60 до 120 $ за MWh, в зависимост от конкретната технология и характеристиките на проекта.
Сравнение с други възобновяеми енергийни източници
-
Вятърната енергия: LCOE за вятърна енергия на сушата обикновено е по-нисък от този на CSP. Към 2021 г. LCOE за вятърна енергия на сушата варира от $30 до $60 за MWh, което го прави един от най-рентабилните налични възобновяеми енергийни източници.
-
водноелектрически централи: Хидроенергията обикновено има конкурентен LCOE, вариращ от $30 до $50 за MWh. Това обаче варира значително в зависимост от географското местоположение, размера на съоръжението и екологичните съображения.
-
Фотоволтаични слънчеви (PV): Цената на слънчевите фотоволтаици спадна драстично през последните години. През 2021 г. LCOE за слънчеви фотоволтаични системи от комунален мащаб беше около $30 до $50 за MWh, което го прави конкурентноспособен както с вятърната, така и с водната енергия. Намаляващата цена на слънчевите панели и напредъкът в технологиите допринесоха за тази тенденция.
Подходяща ли е концентрираната слънчева енергия за домашна употреба?
Концентрираната слънчева енергия (CSP) е предназначена предимно за операции в мащаб на комунални услуги, което я прави непрактична за жилищни приложения. CSP системите изискват големи площи земя и специфични условия, като изобилна пряка слънчева светлина, които обикновено не са осъществими за отделни домове. Сложността и разходите, свързани с инсталирането на CSP технология в малък мащаб, допълнително ограничават използването й за жилищни цели.
Ако се интересувате от използването на възобновяема енергия у дома, най-добрият вариант е да обмислите слънчеви панели на покрива. Тези системи са специално проектирани за жилищна употреба и могат ефективно да преобразуват слънчевата светлина в електричество без необходимост от обширна земя или инфраструктура. Слънчевите панели на покрива могат да генерират достатъчно енергия, за да захранват дома ви, като намаляват зависимостта от електрическата мрежа и сметките ви за енергия.
At Шийлдън, ние предлагаме високо качество 10 kW соларна система пригоден за жилищни нужди. Тази система осигурява стабилно решение за оползотворяване на слънчевата енергия, като гарантира, че можете да се възползвате от слънчевата енергия направо от покрива си. С допълнителните предимства на данъчни стимули и спестяване на енергия, преминаването към слънчева система може да бъде интелигентна инвестиция за вашия дом.
