Концентрираната слънчева енергия може да превърне слънцето в управляем източник на електричество, като съхранява топлина и произвежда ток и през нощта. Ако светът беше инвестирал по-солидно в тази технология навреме, днес можеше да разполага с по-разнообразен енергиен микс и по-малко проблеми с излишъците от дневна фотоволтаична генерация.
В енергетиката напоследък наблюдаваме парадокс, който става все по-болезнен с бума на фотоволтаичните мощности: колкото повече евтина слънчева електроенергия произвеждаме през деня, толкова по-често се налага да ограничаваме производството ѝ или да я продаваме на изключително ниски, понякога отрицателни цени. В същото време вечер, когато слънцето залезе и потреблението остава високо, електроенергийната система трябва да разчита на други мощности, съхранена енергия или внос.
А можеше и да не е така. Описаният проблем не е неизбежен резултат от развитието на соларните технологии. Той отразява еуфорията, с която светът инвестира във фотоволтаика и невслушването в съветите на специалистите, които предупреждаваха, че ще дойде момент да се чудим какво да правим с тока от PV панелите.
Така през последните две десетилетия фотоволтаиците се превърнаха в основен избор за нови соларни мощности, докато концентрираната слънчева енергия (CSP) остана в периферията на глобалния енергиен преход. А тя щеше да е доста по-смислен избор, защото….
Енергия от слънцето, която „работи“ и през нощта
За разлика от фотоволтаичните панели, които преобразуват светлината директно в електричество, CSP системите използват огледала, за да концентрират слънчевата радиация върху своеобразен приемник. Получената топлина нагрява работен флуид, най-често разтопена сол, който впоследствие задвижва турбина и генератор, подобно на конвенционална топлоелектрическа централа. Топлината може да се съхранява чрез работния флуид, а не веднага да се преобразува в електричество.
В съвременните CSP централи често се използват резервоари с разтопени соли, които съхраняват топлинна енергия при висока температура за дни напред. Когато слънцето залезе или когато е облачно, акумулираната топлина може да се използва за производство на пара и електричество, без да е необходимо слънцето да продължава да грее.
Това позволява на CSP да осигурява електроенергия в продължение на много часове след края на дневната генерация. При подходящо проектиране и достатъчно голямо съхранение някои централи могат да работят през цялата нощ и да поддържат производство до следващия слънчев ден.
Разбира се, CSP не гарантира непрекъснато производство при всякакви метеорологични условия и във всички сезони. Възможността за денонощна работа зависи от слънчевия ресурс, размера на топлинното съхранение, мощността на турбината и потреблението на енергия от самата централа.
Дневните излишъци не са проблем на слънцето, а на системата
През последните години все повече електроенергийни пазари се сблъскват с отрицателни цени, ограничаване на производството и резки колебания в стойността на електроенергията. Международната агенция по енергетика (IEA) отбелязва, че тези явления се засилват в системи с нарастващ дял на слънчевата и вятърната енергия, когато липсва достатъчна гъвкавост на производството, потреблението и мрежата.
CSP може да предложи различен подход към използването на слънчевия ресурс. Вместо цялата енергия от огледалното поле да се превръща незабавно в електричество, част от нея се насочва към топлинно съхранение, а генераторът произвежда ток тогава, когато трябва.
Така една CSP централа може да „премести“ част от дневното производство към вечерните и нощните часове, когато фотоволтаичните мощности вече не работят. Тя може също да намали необходимостта от включване на други генератори в определени часове, макар че действителният ефект зависи от местния енергиен микс и режима на работа на системата.
Това можеше да стане реалност при по-сериозни инвестиции в CSP.
Пропуснати възможности
Ако бяхме инвестирали по-рано, днес можеше да имаме различна енергийна система. В този сценарий светът можеше да разполага с по-голям дял управляемо соларно производство, което да покрива вечерното потребление и да намалява необходимостта от допълнителни резервни мощности.
Лесно е да се каже и не толкова лесно да се направи. CSP беше по-скъпа и по-сложна за изграждане, а фотоволтаичната индустрия постигна огромни икономии от мащаба, които трудно биха могли да се повторят по същия начин при огледалните полета и топлинните блокове.
Същевременно технологичното развитие на CSP също беше ограничено от малкия брой проекти. По-малко внедряване означава по-малко възможности за натрупване на опит, стандартизация, усъвършенстване на оборудването и намаляване на разходите. Така се формира порочен кръг, в който ограниченото търсене затруднява понижаването на цените, а високите цени ограничават търсенето.
Може да се каже, че енергийният преход щеше да е бъде по-добре балансиран, ако управляемите соларни мощности бяха получили по-голямо внимание още при ранното разгръщане на фотоволтаиците.
Цената на денонощното слънце
Икономическите фактори са основното препятствие пред масовото внедряване на CSP. Според IRENA, през 2024 г. средната глобална изравнена цена на електроенергията (LCOE) от нови CSP централи е била около 92 долара/MWh, спрямо 43 долара/MWh за фотоволтаичните централи. Това е значителна разлика, особено когато се сравняват проекти, които продават електроенергия на пазари с ниски цени през деня.
От друга страна, тези стойности не са лесни за пряко пряко сравнение между двете технологии, защото е трудно да се изчисли стойността на „отместването“. Но CSP с дългосрочно топлинно съхранение предлага услуга, която стандартната фотоволтаична централа не осигурява без допълнителна батерия, а включването на батериите към соларните системи вече изпраща цените в друга категория.
И все пак има основания за оптимизъм. Между 2010 и 2024 г. глобалната изравнена цена на електроенергията на CSP е намаляла със 77%, а инсталираните разходи са спаднали с 66%. Средният коефициент на използване на мощността на новите централи през 2024 г. е бил 41%, а средната продължителност на топлинното съхранение — 8,5 часа.
Не е необходимо CSP да замени фотоволтаиците
На фона на всичко това енергийният преход не трябва да се разглежда като състезание между две технологии, от което само едната може да излезе победител. Фотоволтаиците са изключително ефективни при осигуряването на евтина електроенергия през деня, докато CSP може да допълни тази генерация с топлинно съхранение и управляемо производство. Защо да нямаме и двете?
Възможни са и хибридни централи, които съчетават фотоволтаични панели, CSP и дори акумулаторни батерии. Фотоволтаиците могат да осигуряват голям обем евтина дневна електроенергия, батериите могат да поемат краткосрочните колебания, а CSP може да пренася част от слънчевия ресурс към по-късните часове и да осигурява продължително производство.
Пример за подобен проект е проектът Hami в Китай, с капацитет 1 гигават. Той обхваща 900 MW фотоволтаични панели и 100 MW (CSP).
Още по-интересно решение е соларният парк „Мохамед бин Рашид Ал Мактум“ в Дубай, ОАЕ. Той е с общ капацитет 950 MW, от които по-голямата част (700 MW) е CSP, а другите 250 MW са фотоволтаици. Разтопената сол осигурява рекордно съхранение от 15 часа, така че на практика инсталацията е готова да осигурява денонощно захранване.
Истинската стойност на CSP е в часовете, когато токът е необходим
Когато оценяваме енергийните технологии, не бива да гледаме единствено колко струва производството на мегаватчас. Важно е и кога този мегаватчас се произвежда, дали може да се планира и какви допълнителни разходи възникват за интегрирането му в мрежата.
В система с голям дял фотоволтаици един мегаватчас в слънчев обяд може да има значително по-ниска пазарна стойност от един мегаватчас вечер. Но CSP може да получи икономическо предимство, ако разходите за съхранение и работа на централата са оправдани от разликата в стойността на електроенергията.
Пропуснатата възможност
Към края на 2024 г. глобалната инсталирана мощност на CSP е била приблизително 7,6 GW. За сравнение, само през тази година светът е имал 2,96 TW фотоволтаични мощности.
Ако CSP беше получила по-голямо внимание и инвестиции през предходните десетилетия, днес можеше да имаме повече опит, по-зрели производствени вериги и по-широко разпространение на централи с продължително топлинно съхранение. Такава система вероятно щеше да разполага с повече възможности за пренасяне на дневната слънчева енергия към вечерното и нощното потребление.
Днешният въпрос не е дали CSP е трябвало да замени фотоволтаиците, а защо енергийните стратегии толкова дълго се фокусираха върху разширяването на производството, без със същата скорост да развиват гъвкавостта и съхранението. Отговорът вече се вижда в нуждата от нови мрежови инвестиции, батерии, управление на потреблението и по-разнообразен набор от управляеми нисковъглеродни мощности.
Слънцето не е проблемът, когато произвежда твърде много електроенергия. Проблемът възниква, когато енергийната система не може да използва произведеното в момента и не разполага с достатъчно начини да го запази за по-късно. CSP не е универсалното решение, но е една от технологиите, които можеха да направят слънчевата енергия по-управляема още в ранните етапи на енергийния преход.
