Системите за концентрирана слънчева електроенергия преминават към второ поколение: по-малки, по-лесни за изграждане и поддръжка, лесни за съчетаване с фотоволтаика (снимка: CC0 Public Domain)
Отричана от мнозина в слънчевата индустрия като прекалено сложна, технологията на концентрираната слънчева енергия (CSP) изглежда готова за завръщане благодарение на умален, модулен подход.
В края на 2023 година бе официално открит един нов, голям ВЕИ комплекс, който претендира да е най-голямата „зелена“ електроцентрала в света: комбинирана слънчева система за добив на електричество, разположена край Дубай. Хибридното съоръжение се състои от най-мощната система за концентрирана слънчева енергия (CSP) на планетата и огромен фотоволтаичен блок.
Най-високата кула, с най-голям капацитет – но сложна…
Съоръжението за концентрирана слънчева енергия край Дубай е с обща мощност 700 MW, а още 250 MW е фотоволтаичният капацитет. В годините до 2030 г. системата ще се разраства, докато достигне 5000 мегавата. Инсталацията може да се похвали с най-високата кула на CSP система в света: 263 метра! В допълнение, тя има най-големия капацитет за съхранение на топлинна енергия, 5,9 GWh, с което влиза в Световните рекорди на Гинес.
Соларният парк бе открит от вицепрезидента и министър-председател на Обединените арабски емирства и владетел на Дубай Мохамед бин Рашид Ал Мактум – и носи неговото име. По план електроцентралата ще бъде допълнена и със съоръжение за производство на зелен водород.
Подобни мастодонти обаче са сложни за изграждане и поддържане. Индустрията все повече отрича големите CSP съоръжения. Все повече млади компании и „стартъпи“ търсят финансиране за изграждане на умалени и модулни версии, които се справят с предизвикателствата на големите CSP централи.
Целта на по-новото поколение концентрирана слънчева енергия е да се използват акумулиращи механизми, като се разчита на прости материали, а не разтопена сол, и системите да работят без високо налягане. Това би трябвало да значи, че те ще могат да се произвеждат и изграждат по-масово.
Предизвикателства за справяне с търсенето
Денонощното търсене на енергия се увеличава, поради растежа на някои много „гладни за енергия“ сектори като центровете за данни, криптовалутата и изкуствения интелект (AI). Транспортът се електрифицира с навлизането на електрически превозни средства, сградите все повече се климатизират чрез термопомпи, а индустрията търси решения за промишлено производство на топлинна енергия от чисти източници.
На този фон умалените CSP се очертават като жизнеспособно решение за справяне с нарастващите нужди от чиста електроенергия и осигуряване на непрекъснато захранване.
Мрежовите оператори продължават да се мъчат с интегрирането на непостоянни източници, каквито са фотоволтаичната и вятърната енергия. Вятърът, ако духа през нощта, може отчасти да помогне за балансиране на слънчевата енергия през деня; ала вятърът е много по-променлив от слънчевото греене.
Освен това изисква високоволтови далекопроводи на дълги разстояния, за да може електричеството да стигне до пазара. Всичко това може да натовари индустрията с допълнителни разходи и време за разгръщането на вятърни паркове.
Дори големите литиево-йонни батерии от комунален клас – предназначени да отговорят на сутрешните и вечерните пикови натоварвания – не са достатъчни, за да съхранят толкова енергия, колкото е необходима за поддържане на захранването на мрежата през нощта и при лошо време.
Затова все още си пазим и поддържаме газовите и въглищните електроцентрали. Батериите са конфликтни и заради съдържанието на специфични материали, чиито добив не е безвреден за здравето на природата.
В същото време изравнените разходи за енергия (LCOE) при концентрираната слънчева технология са спаднали драстично: с почти 70% от 2010 г. насам, предлагайки по-дълго и по-икономично съхранение на енергия от батериите.
Пътят на пионерите
Някои от емблематичните ранни проекти за CSP направиха технологията популярна – такива като например завода Solana на Abengoa Solar в Аризона, стартиран през 2013 г., или завода Ivanpah на BrightSource в Калифорния, най-големият по онова време обект за концентрирана слънчева, също открит през 2013 г.
Първоначалните инсталации на CSP работеха в мащаб. Те използваха хиляди огледала, разположени на огромни площи, за да фокусират слънчевата светлина в една точка на върха на висока кула, подгрявайки работния флуид до температури от няколкостотин градуса по Целзий. Днешните системи дори повишават тази температура до над 1000 градуса по Целзий.
По този начин първото поколение CSP инсталации са в състояние да съхраняват енергия за работа от 6 до 12 часа, т.е. покривайки нощното търсене на електроенергия. Това е добре дошло на фона на бума на фотоволтаичните модули, които нямат възможност за съхранение на произведеното електричество, ако не се комбинират с батерии.
Днешните, умалени CSP търсят начин да избегнат гигантските мащаби, сложната и скъпа технология на разтопената сол, трудната им поддръжка. Турбините могат да се задвижват и от компресиран или сгорещен въздух, затова не изискват използване на разтопена сол за генерирането на пара, както правят досегашните CSP системи.
Устойчивост и масовост
Съхраняването на топлината може да се постигне и чрез евтини инертни материали като пясък, желязна шлака или керамични пелети, казват специалистите. Това елиминира нуждата от корозивната разтопена сол, изискваща скъпа и сложна поддръжка.
От друга страна, тези умалени термо-инсталации осигуряват повече от 18 часа съхранение на топлина и производство на електричество от промишлен клас „на поискване“. Те могат да генерират енергия при лошо време. А когато все пак топлинните им резерви бъдат напълно изчерпани, генераторите могат дори да работят със зелен водород, например.
Най-същественото е, че този вид системи работят с по-малки мащаби. Да речем, един модул може да има 400 kW генериращ капацитет. Кулите са много по-ниски от тези, които сме виждали при пионерските CSP – половината от височината на по-ранните версии на концентриращите електроцентрали. Това означава, че са по-лесни за изграждане и имат по-малко движещи се части в сравнение с „конвенционалните“ CSP.
Хибридни решения
Там, където има изобилно слънце, рационално настроените инвеститори вече са склонни да изграждат хибридни инсталации: използват силните страни на CSP и на фотоволтаиците за генериране на непрекъснато захранване 24/7. PV системите осигуряват евтина електроенергия през деня, а CSP трупа и съхранява енергия като топлина за използването ѝ за генерация през нощта.
Интегрирани, двете технологии са идеална комбинация, осигуряваща 24/7 възможност за производство и подаване на надеждна и устойчива електроенергия с нулеви въглеродни емисии, за да отговори на енергийните нужди на утрешния ден.
Ако към това се прибави и производството на зелен водород чрез част от електричеството, произвеждано от PV масивите, можем да имаме надеждни източници на чиста електроенергия, които работят достатъчно стабилно и продължително, за да заменят изцяло сегашните мощности, захранвани от изкопаеми горива.