Silvio Bratic
Solarne termalne elektrane uredi
Uvod uredi
Solarne termalne elektrane su izvori električne struje dobivene pretvorbom Sunčeve energije u toplinsku (za razliku od fotovoltaika kod kojih se električna energija dobiva direktno). S obzirom da nemaju štetnih produkata prilikom proizvodnje električne energije, a imaju razmjernu dobru efikasnost (20-40%), proriče im se svjetla budućnost. Kako je količina energija koja pada na površinu izuzetno velika, izgradnjom takvih elektrana na sunčanim područjima (npr. Sahara) mogao bi se energijom snabdijevati veliki dio potrošača, barem dok ne uzmemo ekonomiju u obzir. Ipak, čak i na manjoj skali mogu postati vrlo bitan faktor (npr. na otocima).
Zbog potrebe za visokim temperaturama, gotovo svi oblici solarnih termalnih elektrana moraju koristiti nekakav oblik koncentriranja Sunčevih zraka s velikog prostora na malu površinu. Kako se tokom dana položaj Sunca na nebu mijenja, tako se stalno mijenja i najpovoljniji kut pod kojim padaju Sunčeve zrake na zrcala, stoga je potrebno ugraditi sustave koji će stalno prilagođavati njihov položaj. Ti sustavi su neophodni kako bi se dobila što veća efikasnost, ali ujedno i najveći čimbenik u vrlo visokim cijenama solarnih termalnih elektrana.
Smanjenja u cijeni su moguća skladištenjem topline, a ne struje, budući da je takva tehnologija danas jeftinija, a proizvodnja topline je ionako neophodna za funkcioniranje ovakvog tipa elektrana. Time je moguće također dobivati električnu energiju i onda kada to inače ne bi bilo moguće (za vrijeme smanjene insulacije - mjera energije solarne radijacije primljene ili predane od strane određene površine u određenom vremenu).
Vrste uredi
Danas se koriste jedino koncentrirajuće solarne termalne elektrane (CSP – Concentrated Solar Plant). Sastoje se od zrcala i spremnika fluida koji se zagrijava te takav prolazi kroz turbine ili toplinske motore (npr. Strilnigov motor). S obzirom na raznolikosti među zrcalima i cjelokupnoj izvedbi sustava možemo ih podijeliti u sljedeće kategorije:
Parabolični kolektori uredi
Sastoje se od dugih nizova paraboličnih zrcala (zakrivljenih oko samo jedne osi) i kolektora koji se nalazi iznad njih. Njihova je prednost što je potrebno pomicanje zrcala samo kada je promjena položaja Sunca u ortogonalnom smjeru, dok prilikom paralelnog pomaka to nije potrebno jer svjetlost i dalje pada na kolektore. Kroz kolektore struje sintetičko ulje, rastopljena sol ili para pod tlakom koji se pod utjecajem Sunčevih zraka zagrijavaju. Te je kolektore moguće izvesti u vakumiranom staklu tako da se spriječe gubici topline kondukcijom i konvekcijom, a postižu efikasnost od 20%.
Solarni tornjevi uredi
Ove elektrane imaju veliki broj zrcala postavljenih oko središnjeg mjesta gdje se nalazi toranj. Ovakvi sustavi postižu vrlo visoka temperature, što ih čini efikasnijim kako u proizvodnji tako i u skladištenju energije. Također im je prednost što ne zahtijevaju ravna područja (moguća je izgradnja na brdima), ali zato zrcala zahtijevaju upotrebu sustava rotacije oko dvije osi, što im podiže cijenu.
Solarni tanjuri uredi
Zbog paraboličnog izgleda podsjećaju na satelitske tanjure, no dakako puno su veći. Zrake svjetlosti, odbijajući se od zrcala, padaju u jednu točku (kolektor) koji se nalazi iznad njih. Tu se razvijaju vrlo visoke temperature, a za dobivanje električne energije se koristi Stirlingov ili parni motor. Zbog pomičnih mehanizama potrebna su česta servisiranja, a cijeli sustav zahtijeva rotaciju oko dvije osi i skupa parabolična zrcala, što se na kraju odražava na ukupnoj isplativosti ovakvog sustava.
Fresnel reflektori uredi
Koriste nizove dugih malo zakrivljenih ili potpuno ravnih zrcala, a izgledom podsjećaju na parabolične kolektore. Sustav je napravljen tako da više nizova ogledala cilja u isti kolektor što dovodi do financijskih ušteda, a i sama zrcala se okreću oko samo jedne osi. Ciljanjem zrcala u različite kolektore u različita doba dana moguće je postaviti gust raspored zrcala, čime se dobiva više energije usprkos efikasnosti manjoj od 20%. Cijeli projekt je zasada još na bazi prototipa koji su izgrađeni u Belgiji (SolarMundo) i Australiji (CLFR).
Solarne uzgonske elektrane uredi
Ne koriste zrcala, nego veliku ostakljenu površinu (samo odozgo), ispod koje se zagrijava zrak, u čijem je središtu toranj. Zbog nagiba te staklene površine, zrak ide prema tornju gdje se okreću turbine. Sam sustav zahtijeva izrazito velike dimenzije te faktor pretvorbe solarne energije u toplinsku nije naročito dobar, no to je kompenzirano niskim investicijskim troškovima. Prototip srednje veličine je bio izgrađen u Španjolskoj 1982. gdje su se skupljali podaci sljedećih 7 godina, sve do namjernog rušenja tornja zbog problema s vrtloženjima.
Skladištenje toplinske energije uredi
Efikasnost ovih elektrana se povećava ugradnjom sustava za skladištenje energije, čime se dobiva i na pouzdanosti. Ti se sustavi baziraju na pohranjivanju toplinske energije u materijal velike energetske gustoće. Trenutno se kao takav materijal koristi rastopljena sol, čiji je sastavni element natrij - metal velike energetske gustoće. Također se danas koristi para pod visokim pritiskom (50 bara na 285°C), ali vrijeme pohrane je svega jedan sat. Elektrana u Cloncurryu Australiji će koristiti pročišćeni grafit, kada bude izgrađena.
Solarne elektrane u pogonu uredi
1. SEGS –9 solarnih elektrana, USA, Kalifornija (pustinja Mojave), kapacitet 354 MW, parabolični kolektori
2. Nevada Solar One – USA, Nevada, kapacitet 64 MW, parabolični kolektori
3. Lidell power station - Australia, 95 MW toplinske energije 35 MW električnog ekvivalenta količine pare na ulazu, Fresnel reflektori
4. PS10 solar power tower – Španjolska, Sevilla, 11 MW, solarni toranj
Solarne elektrane u konstrukciji uredi
1. Andsol 1 – Španjolska, 50 MW sa skladištenjem topline, parabolični kolektori
2. Andsol 2 - Španjolska, 50 MW sa skladištenjem topline, parabolični kolektori
3. Solar Tres elektrana – Španjolska, 15 MW sa skladištenjem topline
Najavljene solarne elektrane uredi
1. Mojave Solar Park – USA, Kalifornija, 553 MW, parabolični kolektori
2. Pisgah – USA, Kalifornija, 500 MW, solarni tanjuri
3. Ivanpah Solar – USA, Kalifornija, 400 MW, solarni toranj
4. USA, Florida, 300 MW, Fresnel reflektori
5. Imperial Valley – USA, Kalifornija, 300 MW, solarni tanjuri
6. Carrizo Energy Solar Farm – USA, Kalifornija, 177 MW, Fresnel reflektori
7. Uppington . Južna Afrika, 100 MW, solarni toranj
8. Yazd Plant – Iran, 67 MW količine pare na ulazu za hibridnu elektranu na plin, nepoznata tehnologija
9. Barswtow – USA, Kalifornija, 59 MW sa skladištenjem topline, parabolični kolektori
10. Victorville 2 Hybrid Power Project – 50 MW količine pare na ulazu za hibridnu elektranu na plin, parabolični kolektori
11. Kuraymat Plant – Egipat, 40 MW količine pare na ulazu za elektranu na plin, parabolični kolektori
12. Beni Mathar Plant – Maroko, 30 MW količine pare na ulazu elektranu na plin, nepoznata tehnologija
13. Hassi R´mel – Alžir, 25 MW količine pare na ulazu za elektranu na plin, parabolični kolektori
14. Cloncurry solar power station – Australija, 10 MW sa skladištenjem topline, solarni toranj