Солнечная энергия в ночное время: как это работает?

В конце 1970-х годов люди были очарованы фотоэлектрическими солнечными элементами, очень дорогими. И тут в игру вступила технология-соперница – большие зеркала, которые также могут превращать солнечные лучи в ток, фокусируя солнечный свет и используя его тепло. Концентрированная солнечная энергия казалась наиболее перспективной солнечной технологией в те времена. Но сегодня о ней почти полностью забыли. История, стоящая за ней, — это история больших ожиданий, но не менее большие разочарования. Впрочем, возможно возрождение, потому что концентрированная энергия может сделать очень важную вещь, которую не могут произвести солнечные батареи. Об этом рассказывает Deutsche Welle.

Как это работает

В общем, гелиоконцентраторы используют зеркала, чтобы отражать и концентрировать солнечный свет.

«Это просто улавливание тепла, которое поступает от Солнца, и мне очень нравится. Таким образом, вы концентрируете примерно в 1000 раз больше солнца в определенной точке», — говорит Хавьер Лара, называющий себя евангелистом гелиоконцентратора. Он инженер-механик, работавший над многими проектами концентрации солнечной энергетики по всему миру.

В гелиоконцентраторе такой точкой является верхушка башни. Внутри нее жидкость – обычно расплавленная соль, то есть соль в жидком виде, которая нагревается под действием солнечной энергии. Горячая расплавленная соль затем перекачивается к генератору, который кипятит воду и производит пар, который в свою очередь может быть использован для вращения турбины, производящей электроэнергию — «такую ​​же электроэнергию, которую вы можете получить на обычной, скажем, электростанции, на ископаемом топливе, но без сожжения ископаемого топлива».

После того, как соль остынет, ее закачивают в башню и цикл начинается снова. Чтобы этот процесс работал должным образом, нужно много прямого солнечного света. Именно поэтому некоторые заводы можно найти в таких странах, как Чили, Марокко, ОАЭ или Индия. Но больше всего их в жарких районах Испании и США.

Амбициозные планы и почему они провалились

Почему, когда мы слышим «солнечную энергию», большинство из нас сразу думает о фотоэлектрических солнечных элементах, а не о зеркалах, концентрирующих солнечный свет?

«Я достаточно взрослая и помню, как, примерно, в 2010 году мы были очень оптимистично настроены относительно солнечной тепловой генерации электроэнергии», — рассказывает Дженни Чейз , эксперт по вопросам солнечной энергетики в исследовательской компании BloombergNEF. Она говорит, что тогда, например, были амбициозные планы установить огромные гелиоконцентраторы в Сахаре и отправлять электроэнергию в Европу через кабель.

«Долгое время солнечная тепловая энергия являлась основной солнечной энергией в коммунальном секторе. Однако потом произошло то, что полупроводниковые технологии стали очень дешевыми, а фотоэлектрические супердешевыми», — говорит Дженни Чейз.

Чуть больше чем за 10 лет цена на электроэнергию от солнечных фотоэлектрических элементов упала почти на 90%. Этому было много причин, главным образом — поддержка в Германии, которая дала толчок растущей солнечной энергетике в Китае.

Концентрированная солнечная энергия также подешевела, но в 2011 году она стала стоить дороже фотоэлектрической. Сегодня она дороже более чем вдвое. Это означало, что люди стали отказываться от нее, а солнечные панели все дешевели.

«Солнечная тепловая энергетика не столько проиграла, сколько фотоэлектрическая выиграла», – говорит Дженни Чейз.

Это еще и потому, что в гелиотермальных или концентрированных солнечных системах каждое отдельное зеркало должно индивидуально отслеживать движение Солнца, чтобы всегда направлять лучи прямо в конкретную точку. В зависимости от типа станции это могут быть тысячи зеркал. А еще нужно учитывать облака, которые могут перекрывать часть зеркального поля – это усложняет контроль на вершине башни, которая должна оставаться в определенном диапазоне. В сравнении со всем этим солнечные панели очень просты в использовании.

«Когда вы устанавливаете их на крыше, на поле, на озере или где угодно – это очень просто. Она просто стоит там, и вам придется ее чистить, возможно время от времени, но это не так сложно в эксплуатации, как гелиоконцентратор. У вас есть зеркала, которые нужно регулировать в соответствии с реальными условиями окружающей среды», — говорит Ричард Тониг , который в течение последнего десятилетия исследует экологию и политику по концентрированной солнечной энергетике.

Установки гелиоконцентраторов производятся также по заказу, что делает их дорогими. Поэтому, чтобы не тратить деньги впустую, они должны быть большими. А это значит, что их сложнее проектировать и обслуживать. Вот, например, мегапроект «Крезентюнс» в штате Невада должна была произвести революцию в области экологически чистой электроэнергии, ее строительство обошлось в один миллиард долларов. И когда она начала работать в 2015 году, ожидания были высокими. Впрочем, потом начались проблемы — она так и не достигла ожидаемой средней мощности, которая должна обеспечить 75 тысяч домов. Также было много отключений из-за технических проблем, часто из-за расплавленной соли.

«С расплавленной солью очень тяжело работать, потому что если что-нибудь пойдет не так, и температура опустится ниже точки плавления, у вас уже не будет расплавленной соли, а будет твердая соль. И тогда ваши трубы заполняются твердой солью – это большая проблема, с которой придется разбираться», – объясняет Дженни Чейз.

Однажды станцию ​​пришлось остановить на 8 месяцев, потому другой резервуар с расплавленной солью протекал, и земля была загрязнена настолько, что всю башню снесли. В конце концов станция остановилась, а компания «SolarReserve», которой она принадлежала, прекратила свою деятельность.

«Они были настоящими рок-н-рольщиками и ребятами из Кремниевой долины, которые говорили, что они собираются революционировать мир, и им нужно построить многие из этих башен. И они, знаете ли, двигались быстро и, как оказалось, для гелиоконцентратора это был неправильный подход, потому что нужно разобраться со всем, выполнить операции и техническое обслуживание, а уже потом строить наступающую станцию. Это занимает некоторое время», – говорит Ричард Тониг.

Сейчас «Крезентюнс» снова производит небольшие объемы электроэнергии, но это запятнало имидж гелиоконцентраторов, особенно в США, где с тех пор не построили ни одной электростанции такого типа. Другие мегапроекты, например, построить большие станции в Сахаре, чтобы обеспечить Европу электроэнергией, тоже провалились. На сегодняшний день все взятые гелиоконцентраторы мира имеют генерирующую мощность 7 гигаватт. Для сравнения: фотоэлектрические солнечные панели обладают мощностью 1700 гигаватт.

Итак, идея гелиоконцентраторов так и не стала успешной, и потерпела большое количество неудач, но есть одна причина, почему мы еще не должны отказываться от нее, и это та же причина, почему Китай за последние годы построил много станций такого типа.

Переосмысление идеи гелиоконцентраторов

"Дело в том, что солнечные элементы действительно не генерируют ночью", — говорит Дженни Чейз.

Но гелиоконцентратор может. Более новые установки не просто нагревают расплавленную соль для немедленного использования, а также имеют большой резервуар для ее хранения, когда она становится горячей. Там она охлаждается только на 1 °С в день и может быть использована для запуска турбины позже - например, после захода Солнца.

Важно иметь чистые источники энергии, которые можно использовать круглосуточно, поскольку мы подключаем больше возобновляемых источников к нашим сетям, а они работают только тогда, когда сияет солнце или дует ветер. Наличие такой гибкой поставки может также оправдать платить немного больше.

Будущие гелиоконцентраторы переместились в другую нишу. Раньше это была энергетическая технология, как ветровая энергетика и солнечные элементы. А сейчас это в значительной степени технология хранения», – отмечает Ричард Тониг.

Конечно, есть и другие способы хранения электроэнергии — например, литиево-ионные аккумуляторы, которые часто строят рядом с солнечными электростанциями, но обычно сохраняют электроэнергию до 4 часов. Можно построить большие батареи – например, для использования и ночью, но это будет слишком дорого. Расплавленная соль очень дешева, поэтому ее использование в течение длительного времени экономически выгоднее. Можно использовать электроэнергию от солнечных панелей для нагрева расплавленной соли. Но это менее эффективно.

«Теория гелиоконцентратора находилась в упадке 15 лет, поскольку мы проиграли битву за дневную энергию. Но реальность такова, что при обеспечении ночной диспетчеризации энергии в пустынях нет ничего более дешевого. Без нашей системы, вы знаете, без солнечной тепловой энергии в этих жарких солнечных местах вам придется сжигать ископаемое топливо для солнечной энергии», — говорит Крейг Вуд, генеральный директор компании VAST, занимающийся вопросами солнечной энергии, с которыми его компания сталкивалась в прошлом .

Компания уже построила небольшую демонстрационную установку на востоке Австралии. Следующим шагом будет строительство с большей станции с восьмичасовым запасом энергии.

Пособием для них стал отчёт компании лабораторной энергетики в США. Он был составлен после неудач "Крезен дюнс" и анализирует все проблемы, с которыми сталкиваются гелиоконцентраторы.

«Это очень важно, потому что знаете, если вы не можете учиться на ошибках прошлого, то у этой технологии нет будущего», — отмечает Крейг Вуд.

Таким образом, вместо одной большой башни построили несколько маленьких. В VAST говорят, что это упрощает строительство и позволяет изменять размер без надобности каждый раз придумывать нестандартный дизайн, экономящий деньги. Кроме того, в их системе циркулирует жидкий натрий, то есть металл, а не расплавленная соль. Если он станет жестким в случае отключения, его легче расплавить, чем соль.

Но VAST – не единственные, кто заинтересовался отчетом по гелиоконцентраторам. Китай заново открывает для себя концентрированную солнечную энергию – в стадии разработки находится около 30 станций – гораздо больше, чем где бы то ни было в мире. Это потому, что каждый парк возобновляемых источников энергии мощностью в 1 гигаватт теперь должен включать 10% накопителей и правительство опубликовало это сообщение, заявив, что будет поддерживать развитие солнечной тепловой энергетики. Идея проста: днем ​​вы используете солнечные панели для производства дешевой электроэнергии, а гелиоконцентраторы для нагрева резервуаров, а ночью, когда солнечные панели простаивают, используете накопившееся тепло для запуска турбины.

Что это значит для концентрированной солнечной энергии? Может ли эта технология снова вернуться? Многое зависит от того, станут ли китайские солнечные башни успешными.

«Тогда эти солнечные башни обладают большой способностью масштабироваться, и тогда, надеюсь, мы увидим то же, что мы видели с солнечными панелями и ветряными мельницами — что эти прибыли в цепочке поставки из Китая действительно создают очень дешевые или лучшие продукты, которые будут также доступны в Африке потенциально в Европе и США», — говорит Ричард Тониг.

Но это также означает, что другие страны должны увидеть потенциал и ввести политику поддержки этой технологии. Без поддержки гелиоконцентраторам трудно будет снова раскрутиться. В любом случае, гелиоконцентраторы, скорее всего, никогда не станут такими масштабными, как люди когда-либо думали. Солнечные батареи выиграли технологическую гонку и захватили массовый рынок. Но гелиоконцентраторы, возможно, обнаружили новую нишу. И интересно посмотреть, удастся ли этой технологии добиться успеха.

Больше новостей читайте на GreenPost .