Technologia magazynowania umożliwiająca elektrowniom słonecznym korzystanie z energii słonecznej także nocą
Obecnie ekspansja małych i średnich skoncentrowanych elektrowni CSP jest ograniczona ze względu na zbyt małą liczbę systemów TES przygotowanych z uwzględnieniem konkretnych potrzeb. System TES odgrywa zasadniczą rolę w zwiększaniu konkurencyjności systemów CSP względem ich fotowoltaicznych odpowiedników. Umożliwia to dostosowanie projektu elektrowni oraz jej działania do różnych potencjalnych strategii. Przykładem takich działań może być odpowiedź na zapotrzebowanie konsumenckie w izolowanych systemach energetycznych lub zmaksymalizowanie wytwarzania energii elektrycznej na potrzeby elektrowni podłączonych do sieci dystrybucyjnej, które mogą eksportować energię elektryczną i w ten sposób zwiększać dochody. Finansowany ze środków UE projekt ORC-PLUS ma mierzyć się z tym wyzwaniem. W jego ramach prowadzone są badania dotyczące przydatności stosowania układów bazujących na organicznym cyklu Rankine'a (ORC) w charakterze silników ciepła do wytwarzania energii elektrycznej w małych elektrowniach CSP. W tych rozwiązaniach energia cieplna uzyskana ze Słońca jest wprowadzana do cyklu ORC w celu odparowania płynu roboczego o wysokiej masie cząsteczkowej i wygenerowania energii elektrycznej w wyniku rozszerzania gazu w turbinie sprzężonej z generatorem. Walter Gaggioli, koordynator projektu, mówi: „Układy te są warte uwagi i stanowią ciekawą opcję technologiczną, ponieważ są wysoce niezawodne i mogą być stosowane w odległych lokalizacjach. Natomiast ich stałe zapotrzebowanie na energię cieplną jest zdecydowanie istotnym ograniczeniem technicznym. System TES pomaga je pokonać”.
Elektryczność w miarę potrzeb, przez całą dobę
Po przetestowaniu dwóch rożnych rozwiązań TES oraz trzech prototypów zespół ORC-PLUS opracował innowacyjny system TES zoptymalizowany pod kątem pracy w średnich elektrowniach CSP. System zwiększa generację energii w istniejącej elektrowni słonecznej w Maroku, składającej się z liniowych kolektorów Fresnela i bloku ORC o mocy 1 MWe. W zakładzie zlokalizowanym w Parku Zielonej Energii Bena Guerira system TES wydłuża produkcję energii nawet o 4 godziny w godzinach wieczornych (18:00–22:00), umożliwiając pokrycie szczytowych obciążeń lokalnej sieci średniego napięcia.
Ulepszanie produkcji energii ma wiele zalet
Program ORC-PLUS pomaga sprostać kilku poważnym wyzwaniom klimatycznym i energetycznym. Gaggioli wyjaśnia: „W segmencie małych i średnich elektrowni CSP (1–10 MWe) kryje się olbrzymi potencjał. Mogą one z powodzeniem zastąpić drogie systemy elektryczno-spalinowe na terenach wiejskich podłączonych do sieci i funkcjonujących poza nią, a tym samym ograniczyć emisję gazów cieplarnianych. Dyspozycyjny charakter energii wytwarzanej w ramach projektu ORC-PLUS uzupełnia mniej dyspozycyjne metody generowania energii w systemach czerpiących z innych źródeł odnawialnych, na przykład w systemach fotowoltaicznych i wiatrowych”. Dyspozycyjność oznacza w tym przypadku możliwość generowania energii elektrycznej w miarę występowania potrzeb. Gaggioli mówi: „To sprawia, że nasz system jest potencjalnie strategiczną technologią mogącą uzupełniać inne odnawialne źródła energii. Zakładamy, że może ona stanowić uzupełnienie znacznego odsetka odnawialnych źródeł energii wykorzystywanych na potrzeby dostaw globalnych”. Elektrownia powstająca w ramach projektu ORC-PLUS zostanie uruchomiona pod koniec roku 2020. Procesowi temu będzie towarzyszyć tworzenie miejsc pracy i rewitalizacja miejscowych gałęzi przemysłu. Opracowane rozwiązanie technologiczne poprawia średnią roczną sprawność przekształcania ciepła w elektryczność nawet o 20 %. Ogólnie w wyniku prac nad projektem udało się zredukować czas zwrotu z inwestycji o 30 %, do 8 lat, i w ten sposób poprawić potencjał penetracji rynku. Niższe nakłady inwestycyjne w przypadku małych i średnich elektrowni CSP powinny przełożyć się na znaczne zainteresowanie ze strony inwestorów rynkowych. W ramach projekt ORC-PLUS poprawiono system produkcji kolektorów słonecznych Fresnela, zmniejszając koszt inwestycji w przyszłe elektrownie słoneczne o około 20 %. Gaggioli podsumowuje: „Opracowane, gotowe rozwiązania inżynieryjne, dostosowane do potrzeb tego rodzaju elektrowni CSP, mogą powstać w wielu miejscach w Europie i Afryce”.
Słowa kluczowe
ORC-PLUS, energia, CSP, elektryczność, system TES, elektrownia CSP, energia słoneczna, magazynowanie energii cieplnej, organiczny cykl Rankine’a