Siarka może stanowić narzędzie przekształcenia przyszłych mediów przechowywania energii słonecznej
Moduł przechowywania ciepła nadmiarowego pochodzącego z energii słonecznej to nieodzowny element elektrowni skoncentrowanej energii słonecznej. To gwarancja niezakłóconego wytwarzania energii przy podstawowym obciążeniu, ale też odpowiedź na problem dostępności energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych na żądanie. Ciepło można przechowywać w skrajnie wysokich temperaturach, korzystając z medium ciekłego lub stałego. Wskazanie tańszych i bardziej wydajnych rozwiązań, które pozwoliłyby zbierać więcej energii słonecznej i przechowywać energię cieplną przez długi czas to główne zadanie badaczy pracujących nad finansowanym ze środków UE projektem PEGASUS. Aby osiągnąć te cele, partnerzy projektu zwrócili swoją uwagę na możliwości zastosowania siarki w procesie termochemicznego przechowywania energii słonecznej i wytwarzania bezwęglowej elektryczności przez całą dobę. Rozwiązanie to połączono z innowacyjnym odbiornikiem wirującym, który, korzystając ze skoncentrowanej energii słonecznej, może podgrzewać cząsteczki boksytu do temperatury 900 °C. Technologię tę przetestowano w wieży słonecznej Jülich Niemieckiego Centrum Lotniczego.
Siarkowy cykl magazynowania – bez strat energii
Główną koncepcją stojącą za magazynowaniem energii słonecznej w siarce jest spalanie siarki. Innowacyjny proces opracowany przez zespół odpowiedzialny za prowadzenie projektu składa się z kilku etapów. Światło słoneczne skupiane na wieży słonecznej jest zbierane przez wirujący odbiornik cząsteczkowy, który dostarcza ciepło wysokotemperaturowe niezbędne do zerwania wiązań w kwasie siarkowym (H2SO4) i uzyskania wody, dwutlenku siarki (SO2) oraz tlenu. W drugim kroku SO2 jest przekształcane do postaci siarki cząsteczkowej oraz H2SO4, która to reakcja zachodzi w nowatorskim reaktorze dysproporcjonowania. Następnie, kiedy powstaje potrzeba wytworzenia energii, następuje spalanie siarki w celu wytworzenia ciepła wysokotemperaturowego oraz SO2. „Spalanie siarki pozwala uzyskać ciepło wysokiej jakości w temperaturach powyżej 1 200 °C, które nadaje się do wytwarzania energii elektrycznej z użyciem turbiny gazowej. Metoda ta, w porównaniu z innymi mechanizmami przechowywania ciepła, pozwala odzyskiwać zmagazynowaną energię (ciepło) w temperaturze wyższej niż temperatura wejściowa (900 °C). Dzięki temu zachodzi możliwość wykorzystania tego procesu w rozwiązaniach o wyższej sprawności wytwarzania energii”, wyjaśnia koordynator projektu Dennis Thomey. W tym cyklu siarka jest zbierana na stosie, a H2SO4 trafia do odpowiednich zbiorników. Gdy świeci słońce, stos siarki narasta, a jednocześnie zbiorniki H2SO4 ulegają opróżnieniu. W nocy oraz w pochmurne dni zmniejsza się wysokość stosu siarki, a zbiorniki H2SO4 się napełniają. Energia odnawialna jest generowana ze stałą prędkością, natomiast H2SO4 i siarka są jej nośnikami i ulegają przetworzeniu niemal bez żadnych strat.
Obiecujący potencjał siarki
Cykl oparty na wykorzystaniu siarki cząsteczkowej pozwala magazynować i dostarczać ciepło odpowiadające znacznie wyższej temperaturze niż ma to miejsce w przypadku rozpuszczonych soli – konwencjonalnego medium magazynowania ciepła w wieżach słonecznych. Ponadto w porównaniu do klasycznych systemów magazynowania, w których z czasem nieuchronnie dochodzi do utraty ciepła jawnego do otoczenia, energia słoneczna może być magazynowana na dłuższe okresy, ponieważ jest przechowywana w postaci siarki w stanie stałym, i na tej samej zasadzie może zostać odzyskana w stosownym momencie. „Nie dość, że cykl siarkowy pozwala na trwałe magazynowanie energii słonecznej praktycznie bez jej straty, to jeszcze siarka jest jednym z najlżejszych i wysokoenergetycznych pierwiastków stałych – jej gęstość energetyczna jest 30-krotnie wyższa niż w przypadku rozpuszczonych soli. Długotrwałe magazynowanie energii słonecznej jest ważnym warunkiem wstępnym całkowitego zastąpienia elektrowni korzystających z paliw kopalnych elektrowniami korzystającymi z odnawialnych źródeł energii”, podsumowuje Thomey.
Słowa kluczowe
PEGASUS, siarka, energia słoneczna, H2SO4, rozpuszczone sole, magazynowanie ciepła, kwas siarkowy, dwutlenek siarki