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Solarwärme Fordert Die Photovoltaik Als Stromquelle Heraus
Solarwärme Fordert Die Photovoltaik Als Stromquelle Heraus

Video: Solarwärme Fordert Die Photovoltaik Als Stromquelle Heraus

Video: Kombination von PV, Solarthermie, Heizstab und Stromspeicher #1 2022, Dezember
Anonim

Konzentrierte Solarenergie kann die Photovoltaik als Solartechnologie der Wahl übertreffen, da die Sonnenwärme leichter gespeichert werden kann.

Neben dem Sonnenlicht ist die Wärme unseres nächsten Sterns eine reichliche Quelle erneuerbarer Energie, die Generatoren auf eine Weise nutzen können, um einen der größten Mängel der Solarenergie zu überwinden.

Mithilfe von Spiegeln können Entwickler die Sonnenstrahlen fokussieren, um industrielle Wärme zu erzeugen oder Strom zu erzeugen, häufig unter Verwendung von Materialien, die auch die Energie speichern können. Theoretisch ist es eine sehr einfache Idee und sicherlich keine neue. Die Legende besagt, dass Archimedes während des Zweiten Punischen Krieges große, polierte Spiegel verwendete, um römische Schiffe in Brand zu setzen.

In den USA manifestierte sich konzentrierte Solarenergie (CSP) in den 1980er Jahren als neun Kraftwerke in Südkalifornien, die muldenförmige Spiegel verwendeten, um Energie auf eine zirkulierende Wärmeübertragungsflüssigkeit zu konzentrieren. Die Flüssigkeit, oft ein synthetisches Öl, erwärmt dann ein geschmolzenes Salz auf bis zu 350 Grad Celsius, das dann Wasser kocht, um eine Turbine anzutreiben.

Das Interesse an CSP schwand und die Entwicklung blieb mehr als ein Jahrzehnt lang weitgehend im Leerlauf, als kostengünstige fossile Brennstoffe, Windenergie und Photovoltaik online gingen. In den letzten Jahren hat sich die Nachfrage nach erneuerbarer Energie und Solarthermie jedoch gegenseitig eingeholt, als die Energieversorger nach sauberem und konstantem Strom suchten. Jetzt bauen Entwickler in den USA und im Ausland neue CSP-Einrichtungen und treiben die Erforschung neuer Methoden voran, um diese Systeme effizienter zu gestalten.

"CSP bietet heute Funktionen, die [Photovoltaik-Technologie] nicht bietet, nämlich die Versandfähigkeit", sagte Philip Gleckman, Chief Technology Officer bei Areva Solar.

Die flüssige Salzverbindung in Solarthermie-Anlagen kann mehrere Stunden lang heiß bleiben, so dass der Betreiber bei Bedarf Strom erzeugen kann, erklärte er. Dies bedeutet, dass eine CSP-Anlage im Gegensatz zu Photovoltaik-Modulen, die nur bei Sonnenschein Strom erzeugen, einen stetigen Elektronenfluss erzeugen kann, wenn Wolken über ihnen und auch nach Sonnenuntergang vorbeiziehen.

Infolgedessen zeichnet sich CSP unter intermittierenden erneuerbaren Energiequellen als attraktive Wahl für Entwickler aus, die nach einer konstanten Energieversorgung suchen. Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) hat letzte Woche eine Studie veröffentlicht, die zeigt, dass diese Flexibilität von CSP Versorgungsunternehmen aus Photovoltaik und Windkraftanlagen bietet.

"Ich denke, der Markt hat sehr deutlich gesagt, dass er [Energie-] Speicher will", sagte Gleckman.

Solarthermie durch den Wringer bringen

Areva Solar arbeitet mit Sandia National Laboratories in der National Solar Thermal Test Facility zusammen, um ein CSP-System zu entwickeln, das geschmolzenes Salz verwendet, um Öl in Aufnahmerohren zu ersetzen, das sowohl als Wärmeübertragungsflüssigkeit als auch als Arbeitsflüssigkeit dient, wodurch Kosten gesenkt und die Effizienz gesteigert werden. Die Anlage wurde 1976 erbaut, kann aber Temperaturen von mehr als 600 Grad Celsius ausgesetzt sein, die heiß genug sind, um Glas zu schmelzen, und Sonnenenergie schwingt mit einer Intensität von bis zu 100 Sonnen.

Auf dem Testgelände fokussiert ein 100-Yard-mal-100-Yard-Patch aus Parabolspiegeln das Licht auf Empfängerrohre, die 100 Fuß über dem Boden hängen, und zwar in einem Design, das als kompakter linearer Fresnel-Reflektor bekannt ist. "Dies ist so ziemlich ein Segment einer Anlage in voller Größe", sagte Cheryl Ghanbari, Testingenieurin an der National Solar Test Facility.

Die Forscher würden überwachen, wie gut das Salz fließt, wie effizient die Röhren Wärme absorbieren und wie sich die Temperaturen an diesem Standort ändern, zusammen mit Sandias Testschleife für geschmolzenes Salz, sagte Ghanbari. Sie erwartet, dass die Anlage bis April in Betrieb sein wird.

Andere solarthermische Konstruktionen wie Solartürme gewinnen ebenfalls an Bedeutung. Hier fokussieren Sonnenspiegel, sogenannte Heliostaten, das Licht auf einen zentralen Turm. "Tröge sind eine bewährte Technologie, aber Sie haben auch diese neuen zentralen Empfängeranlagen, die höhere Temperaturen und theoretisch niedrigere Kosten erzielen", sagte Mark Mehos, CSP-Programmmanager bei NREL.

Das Solarstrom-Kraftwerk Ivanpah nahe der Grenze zwischen Kalifornien und Nevada ist ein solches Design. Die 377-Megawatt-Anlage wird 170.000 Heliostaten verwenden und 140.000 Haushalte mit Strom versorgen. Wenn es im Oktober online geht, wird es die Produktionskapazität für Solarthermie in den USA verdoppeln. Das Projekt befasste sich stärker mit Photovoltaik, nicht jedoch mit CSP.

Im hinteren Bereich haben Solarthermie-Anlagen mehr mit Kohle- und Gasgeneratoren zu tun als mit Photovoltaik-Farmen. Thermische Anlagen, sowohl erneuerbare als auch fossile Brennstoffe, nutzen im Allgemeinen den Rankine-Zyklus zur Stromerzeugung. Hier erwärmt eine Wärmequelle Dampf in einem geschlossenen Kreislauf, der eine Turbine dreht, um Elektrizität zu erzeugen. Der Dampf kondensiert dann und zirkuliert zurück.

Solarthermische Systeme könnten jedoch aufgrund ihrer hohen Temperaturen auch einen Stromblock verwenden, der laut Gleckman von überkritischem Kohlendioxid angetrieben wird. Diese Turbinen verwenden einen Brayton-Zyklus, der der Funktionsweise von Strahltriebwerken ähnelt, mit der Ausnahme, dass die Turbinen anstelle von Luft eine heiße Flüssigkeit - in diesem Fall Kohlendioxid - verwenden. Dieser Kraftblock würde 30-mal weniger Platz verbrauchen als Rankine-Turbinen, was die Material- und Wartungskosten erheblich senken würde.

"Wenn Sie eine andere Art der Stromerzeugung verwenden könnten, die kostengünstiger ist, dann haben Sie einen potenziell störenden Ansatz", sagte Gleckman. "Es ist sehr schwierig, die Kostenparität [mit fossilen Brennstoffen] zu erreichen, ohne Dinge im Stromblockzyklus zu tun."

Trotz ihrer konstanten Leistung, so Mehos, würden Solarthermie-Anlagen wahrscheinlich ans Netz gehen, um Nachfrageschübe zu absorbieren, anstatt Grundlaststrom bereitzustellen. "Auf dem heutigen Markt gibt es meines Erachtens wirklich keinen Markt für CSP-Systeme mit Grundlast. Der Wert dieser Energie in Zeiten außerhalb der Spitzen- oder Schulterzeiten ist niedrig", sagte er. Ein Grund dafür ist, dass Netzbetreiber im Allgemeinen keine Preise für Energiespeicher festlegen, aber CSP-Entwickler versuchen, dies zu ändern.

Viele andere Länder entwickeln ebenfalls CSP-Anlagen. Spanien ist mit mehr als drei Dutzend laufenden oder im Bau befindlichen Unternehmen führend.

"Die beiden größten Märkte werden voraussichtlich Indien und Saudi-Arabien sein", sagte Gleckman und wies darauf hin, dass Saudi-Arabien von der Verbrennung von Öl für Elektrizität Abstand nehmen will, um das Öl stattdessen verkaufen zu können, während Indien kohlenstoffarme Energie für die Stromversorgung benötigt Entwicklung.

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