211service.com
Om zonne-energie echt te laten werken, moet u het vuur hoger zetten
Randy Montoya
Een toren van 60 meter hoog staat gecentreerd voor een veld van roterende spiegels aan de zuidelijke rand van Albuquerque, New Mexico.
Het is de National Solar Thermal Test Facility, beheerd door Sandia National Laboratories, waar wetenschappers werken aan de ontwikkeling van hetere, goedkopere en efficiëntere technologieën voor het concentreren van zonne-energie.
De honderden spiegels richten het zonlicht op een ontvanger op de top van de zonnetoren. In conventionele systemen zou dit water of andere vloeistoffen verwarmen om stoom te genereren die een elektrische turbine aandrijft. Maar hier valt in plaats daarvan continu een gordijn van fijne keramische deeltjes door de geconcentreerde zonnestraal. De deeltjes, die op zwart zand lijken, kunnen gemakkelijk 100 ˚C heter worden dan die standaard vloeistoffen. Dat belooft de beschikbare energie een boost te geven en de kosten van productie en opslag te verlagen.
Deze aanpak is een van de drie die volgens federale onderzoekers kunnen helpen om zonne-energie eindelijk betaalbaar en duurzaam te maken. Afgelopen januari heeft het National Renewable Energy Laboratory gepubliceerd een demonstratie-routekaart van de volgende generatie die vallende deeltjes, gesmolten-zoutsystemen met een hogere temperatuur en een op gas gebaseerde warmteoverdrachtsvloeistof benadrukte als veelbelovende wegen om tegen 2020 thermische zonne-energie te produceren tegen zes cent per kilowattuur, een doel gesteld door het SunShot-initiatief van het Department of Energy in 2011.
Het ministerie van Energie kondigde in september aan dat het $ 62 miljoen zou investeren in ongeveer een dozijn veelbelovende projecten langs deze paden, waardoor hernieuwde opwinding ontstond in een veld dat grotendeels uit het publieke zicht was verdwenen (zie Making Sense of Trump's Surprising Investment in Solar).
Onderzoekers van Sandia, het National Renewable Energy Laboratory, Savannah River National Laboratory en Brayton Energy hebben bevestigd dat MIT Technology Review dat ze de fondsen hebben aangevraagd, individueel of als teams. concept papieren waren verschuldigd eerder deze maand, en de deadline voor volledige aanvragen is half januari 2018.
Iedereen bij CSP beschouwt dit als een geweldige onderzoekskans, zegt Cliff Ho, een Sandia-ingenieur en hoofdonderzoeker van het project met vallende deeltjes.
Het grote voordeel van het concentreren van zonne-energie ten opzichte van fotovoltaïsche energie is dat warmte-energie gemakkelijker en goedkoper kan worden opgeslagen dan elektriciteit. Dat betekent dat de fabrieken de productie kunnen verhogen of verlagen om te voldoen aan de realtime-eisen van het elektriciteitsnet, zelfs 's nachts, een flexibiliteit die zonnepanelen niet kunnen evenaren zonder grote, dure batterijen of andere beperkte vormen van opslag.
Verwant verhaal
Verwant verhaal De $ 62 miljoen van de DOE aan geconcentreerde zonne-energieprojecten zou een technologie kunnen bevorderen die een kritieke tekortkoming van fotovoltaïsche energie aanpakt.Het probleem is dat het bouwen en exploiteren van een geconcentreerde zonne-energiecentrale duur is. De Ivanpah-fabriek in de Mojave-woestijn in Californië, met een waarde van 2,2 miljard dollar en 170.000 spiegels, die eigendom is van BrightSource, NRG en Google, is slechts het nieuwste blauwe oog voor de sector. Sinds online komen in 2014 werd het project geplaagd door hoge kosten, lage productie , een vuur en nutscommissie gevaren om het af te sluiten. In de jaren tachtig richtte Luz International negen geconcentreerde zonnecentrales van de eerdere generatie op in dezelfde woestijn, maar zag die dure operaties instorten toen ondersteunend overheidsbeleid afliep. Luz en BrightSource zijn beide opgericht door Arnold Goldman, die: ging dood in juni (zie Chasing the Sun ).
Lazard's genivelleerde energiekosten Analyse ontdekte afgelopen december dat de energieproductie van een thermische zonnetoren met opslag tussen $ 119 en $ 182 per megawattuur liep, vergeleken met $ 48 tot $ 78 voor aardgas met een gecombineerde cyclus. Die laatste kosten volgens ons ook ongeveer een achtste om op kilowattbasis te bouwen Cijfers 2015 van NREL.
DOE-onderzoekers hebben eerder vastgesteld dat de eerste stap naar het verbeteren van de efficiëntie en rendabiliteit van het concentreren van zonne-energie de overgang is van traditionele stoom-energiecycli naar wat bekend staat als een superkritische kooldioxide Brayton-cyclus. Door kooldioxide onder hoge hitte en druk te plaatsen, krijgt het de eigenschappen van zowel een vloeistof als een gas, en verhoogt het de energieconversie-efficiëntie aanzienlijk.
NAAR Wetenschap papier in mei concludeerde dat een superkritische Brayton-cyclus met kooldioxide tot 30 procent efficiënter zou kunnen zijn dan conventionele stoomturbines. Het probleem is echter dat voor het uitvoeren van deze stroomcyclus een warmtebron van ten minste 700 ˚C nodig is om het volledige potentieel te realiseren, evenals een warmteoverdrachtssysteem dat onder zulke hoge temperaturen kan werken.
Alle drie de gemarkeerde paden van NREL zijn pogingen om de temperatuur op te krikken, hoewel elk zijn eigen reeks beloften en uitdagingen heeft. Gesmolten zout is bijvoorbeeld al gedaan, maar overstappen op alternatieve zouten die bij hogere temperaturen kunnen werken, vereist duurzamere insluitingsmaterialen, leidingen en pompen. De gasbenadering kan worden nagestreefd met relatief eenvoudig te beheren gassen zoals koolstofdioxide of helium, maar er zal aanvullend onderzoek nodig zijn om het stroomverbruik door de circulatie van de gassen te minimaliseren.
Verwant verhaal
Verwant verhaal De federale overheid staat op het punt miljarden dollars uit te geven aan hernieuwbare energie. In deel II van onze serie over de federale stimuleringswet kijken we naar de impact die de uitgaven zullen hebben op de toekomst van zonne-energie.De vallende-deeltjesontvanger bij Sandia komt het dichtst in de buurt van een werkend prototype langs een van deze paden. Ingenieurs plaatsten het voor het eerst op de toren van de National Solar Thermal Testing Facility in juli 2015.
De deeltjes zijn voornamelijk gemaakt van aluminiumoxide en ijzeroxide. Nadat ze door de zonnestraal zijn gevallen, rijden ze in een lus terug naar de top met een lift. Het team heeft temperaturen tot 900 C bereikt, zegt ingenieur Ho van Sandia.
In dit stadium is de ontvanger niet bevestigd aan extra componenten. Maar het team heeft in samenwerking met particuliere aannemers gewerkt aan de ontwikkeling van een warmtewisselaar die uiteindelijk de warmte van de deeltjes zal overbrengen naar onder druk staande kooldioxide die door een aangesloten lus stroomt.
Een aparte groep bij Sandia is al geweest ontwikkelen en het evalueren van superkritische koolstofdioxidecycli. Het team van Ho is begonnen met het werken aan een eigen systeem speciaal voor de concentrerende zonne-energiecentrale. Ze zijn van plan om de warmtewisselaar aan te sluiten zodra deze in maart aankomt en kort daarna de superkritische koolstofdioxidekringloop. Ho zegt dat hij hoopt het geïntegreerde systeem volgende zomer in te schakelen.