Концентрация солнечной энергии для дешевого хранения энергии

Кэтрин Бишофбергер, 27 сентября 2024 г.

Предлагая дешевое хранение тепловой энергии и возможность ее использования в нишевых приложениях, концентрация солнечной энергии имеет потенциал стать жизнеспособным рыночным предложением. Но международные стандарты необходимы для снижения цен.

Эта китайская концентрирующая солнечная электростанция, использующая расплавленные соли, обеспечивает хранение энергии в течение как минимум восьми часов (Источник: Wikimedia Commons. Автор: csp.guru)

Солнечная тепловая энергия, иначе называемая концентрированной солнечной энергией (CSP), является возобновляемой энергией, которая использует тепло солнца, собранное различными типами фокусирующих зеркал. Энергия концентрированного солнечного света нагревает высокотемпературную жидкость в приемнике, поступает в теплообменник и, наконец, приводит в действие паровую или газовую турбину для выработки электроэнергии. Большинство установок CSP могут накапливать тепло в течение дня и преобразовывать его в электричество ночью. (Более подробную информацию о технологиях, используемых для солнечных тепловых электростанций, см. в Доме восходящего солнца .)

Очень перспективная возобновляемая энергия в нулевых, рынок CSP, однако, не смог по-настоящему взлететь в последние годы, и хотя несколько заводов строятся по всему миру, особенно в Китае, цены не снизились в достаточной степени, чтобы сделать это экономически жизнеспособным. Строительство и обслуживание полей концентрирующих солнечных коллекторов в суровых, часто пустынных условиях слишком часто обходится дороже, чем другие формы возобновляемой энергии, такие как солнечная фотоэлектрическая (PV) энергия и ветер.

Дешевое хранение энергии

«Конкуренция со стороны солнечных фотоэлектрических систем отняла долю рынка у более сложной солнечной тепловой технологии, поскольку цены на солнечные панели значительно снизились за последние 15 лет, и их очень легко устанавливать, буквально подключай и работай. Однако у солнечной тепловой энергии есть важное преимущество перед солнечной фотоэлектрической системой: дешевое хранение энергии», — объясняет Экхард Люпферт, председатель IEC TC 117, комитета IEC, который разрабатывает стандарты для солнечных тепловых электростанций.

Типичные системы хранения тепла состоят из изолированных емкостей для хранения, заполненных горячей расплавленной солью, с насосами и теплообменниками. По словам Люпферта, стоимость хранения тепла намного ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов, которые в настоящее время являются одним из наиболее используемых видов хранения энергии. «Производительность аккумуляторов улучшается, но хранение тепла имеет важное преимущество и по-прежнему примерно в сто раз дешевле», — описывает он.

Статья, опубликованная в Science Direct, подчеркивает, что «в районах с высоким солнечным ресурсом CSP может играть решающую роль, поэтому значительные успехи достигаются для повышения ее конкурентоспособности за счет совершенствования систем хранения энергии, интегрированных с CSP». В статье подчеркивается потенциал CSP-аккумуляторов тепловой энергии для стабилизации сети за счет «способности генерировать электроэнергию в часы высокого спроса (периоды высоких цен, утро и вечер) и эффективно хранить энергию, когда спрос на электроэнергию низок, но возобновляемая энергия доступна в избытке (периоды низких цен, полдень)». Идея заключается в том, чтобы CSP сочеталась с другими возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечные фотоэлектрические системы, и обеспечивала хранение энергии в масштабе сети. 

CSP для промышленного технологического тепла

Еще одним преимуществом CSP является его использование в отраслях, где для нагревательных процессов используется большое количество энергии, обычно называемой промышленным технологическим теплом. Сюда входят нефтепереработка, химическое производство, производство железа и стали, цемента, а также пищевая промышленность и производство напитков.

Например, для производства цемента сырье, такое как известняк и глина, измельчается до тонкого порошка, который затем нагревается до температуры 1450 °C в цементной печи. Процесс нагрева зависит от энергии ископаемого топлива, которое является огромным источником выбросов углерода. Давление со всех сторон растет, чтобы декарбонизировать его. В то время как некоторые исследования сосредоточены на материалах, которые потребуют меньше нагрева, концентрированный солнечный свет, используемый для теплопередачи жидкостей в CSP, может использоваться для обеспечения необходимых высоких температур.

CSP также может использоваться для топлива, произведенного на солнечной энергии, которое вызывает все больший интерес. 

Абсолютная необходимость в стандартах

IEC TC 117 опубликовал свои первые стандарты в 2017 году и за последние годы разработал ключевые ориентиры для отрасли, все они имеют решающее значение для стабилизации качества компонентов и установок и для снижения затрат на различные технологии CSP, делая их более конкурентоспособными. Стандарты также обеспечивают безопасность и надежность систем CSP, используемых по всему миру. «Установка CSP — это не только электроустановка, это почти химическая перерабатывающая установка. Она имеет дело с опасными материалами, такими как органические жидкости, которые нагреваются до очень высоких температур. Поэтому обеспечение безопасности работников и окружающей среды установки имеет первостепенное значение и является одним из ключевых направлений наших стандартов», — описывает Люпферт.

Заглядывая в будущее, еще одна область, для которой потребуются стандарты, как раз связана с использованием CSP для нишевых приложений, таких как промышленное технологическое тепло. По словам Люпферта, «... мы можем применить знания и достижения установок STE и применить их к промышленным приложениям технологического тепла. Нам необходимо расширить применение стандартов TC 117. Часто это вопрос уменьшения того, чего мы уже достигли с точки зрения производительности и надежности».

Одной из главных задач в ближайшие годы станет привлечение нужных экспертов для участия в работе по стандартизации. «У нас много ученых и исследователей, но нам нужно больше людей, которые вовлечены на местах, и экспертов из промышленности», — указывает Люпферт.

Но есть и надежда. «После COVID мы изменили наши методы работы, и встречи онлайн стали благословением. Благодаря онлайн-инструментам мы начали привлекать людей, которые более квалифицированы для нужной нам работы, особенно из промышленного сектора. Мы также используем форумы, такие как SolarPACES, платформу для технологического сотрудничества, которая позволяет нам обсуждать насущные вопросы, связанные с CSP, до того, как возникнут формальные ограничения стандартизации», — говорит он.

Поскольку гонка за достижение целей по нулевому уровню выбросов углерода набирает обороты, концентрация технологий солнечной энергетики может сыграть важную роль в достижении этой цели.

 etech.iec.ch/issue/2024-05/concentrating-solar-power-for-cheap-energy-storage

  Подготовила Людмила Циновкина, специалист по менеджменту