Συγκεντρωτική Ηλιακή Ενέργεια (CSP): η λύση στον γρίφο των ΑΠΕ

0
2423

Πώς παράγουμε «πράσινη» ενέργεια όταν ο άνεμος κοπάζει κι όταν ο ουρανός συννεφιάζει; Όχι, δεν στρεφόμαστε στο φυσικό αέριο ή τον λιγνίτη απαντούν οι επιστήμονες του γερμανικού Οργανισμού Τεχνολογικής Καινοτομίας (TIA), αλλά αναπτύσσουμε μια τεχνολογία που ίσως μπορεί να δώσει τη λύση στο πρόβλημα της μεταβλητότητας και της διαλείπουσας παραγωγής: τη Συγκεντρωτική Ηλιακή Ενέργεια (CSP).

Σε ένα πειραματικό πάρκο συγκεντρωτικής ηλιοθερμίας του Πανεπιστημίου Στέλλενμπος βρίσκεται σε εξέλιξη το πρόγραμμα Helio100 (κάθε ομοιότητα με το Πρόγραμμα «Ήλιος» του Γιώργου Παπακωνσταντίνου σύμφωνα με το οποίο ο ελληνικός ήλιος υποτίθεται ότι θα «εξάτμιζε» ως δια μαγείας το δημόσιο χρέος είναι συμπτωματική): ένας ηλιακός πύργος με φόντο τα βουνά της περιοχής περιβάλλεται από περισσότερους από 100 ηλιοστάτες οι οποίοι ακολουθούν την πορεία του ήλιου.

Η ηλιακή ενέργεια που αντανακλούν προς τον πύργο τα ηλιακά κάτοπτρα αποθηκεύεται σε ένα μείγμα τηγμένου άλατος και απελευθερώνεται όταν παρίσταται ανάγκη.

—Τι είναι τα CSP

Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας (IEA), «ως το 2050 με την απαραίτητη υποστήριξη, η τεχνολογία CSP θα μπορούσε να καλύψει το 11,3% των παγκόσμιων αναγκών σε ηλεκτρική ενέργεια. Στις χώρες με υψηλά επίπεδα ηλιοφάνειας τα συστήματα συγκεντρωτικής ηλιοθερμίας θα μπορούσαν να καταστούν ανταγωνιστική πηγή υψηλής ισχύος κατά τις ώρες φορτίων αιχμής, αλλά και στα ενδιάμεσα φορτία ως το 2020, αλλά και ως μονάδες βάσης το 2025-2030.

Χώρες όπως η Νότιος Αφρική, μια γεωγραφική περιοχή με τα υψηλότερα επίπεδα άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας στην Υφήλιο, θα μπορούσαν να επωφεληθούν σημαντικά από αυτή την τεχνολογία.

Σε μια ηλιοθερμική μονάδα, οι ηλιοστάτες τοποθετούνται με τρόπο ώστε να βελτιστοποιηθεί η αντανάκλαση ηλιακής ακτινοβολίας προς ένα δέκτη που βρίσκεται στην κορυφή του ηλιακού πύργου. Εκεί, η ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια.

Η θερμότητα αυτή αποθηκεύεται, συνήθως σε ένα μείγμα τηγμένου άλατος για να χρησιμοποιηθεί σε μεταγενέστερο χρόνο ή άμεσα με τη μετατροπή νερού σε υπέρθερμο ατμό που κινεί ηλεκτρογεννήτριες, όπως γίνεται και στις θερμοηλεκτρικές μονάδες λιγνίτη. Η διαφορά με την τεχνολογία CSP είναι ότι βασίζεται στην καθαρή και ανεξάντλητη ενέργεια του ήλιου και όχι στον ρυπογόνο και επιβλαβή άνθρακα.

Η τεχνολογία CSP διαφέρει και από τα φωτοβολταϊκά που μετατρέπουν απευθείας την ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρική ενέργεια.

Η ηλιοθερμική ενέργεια (CSP) είναι λιγότερο ώριμη τεχνολογία από τα φωτοβολταϊκά, τα αιολικά, αλλά και τις υπόλοιπες. Το σύστημα Helio100 φιλοδοξεί να γίνει το φθηνότερο σύστημα με ηλιοστάτες στον κόσμο.

Υπάρχουν τέσσερα διαφορετικά είδη ηλιοθερμικών συστημάτων: παραβολικές «λεκάνες» που χρησιμοποιούν κυρτά κάτοπτρα παρατεταγμένα σε μακρές σειρές τα οποία θερμαίνουν σωλήνες μήκους πολλών χιλιομέτρων γεμισμένους με θερμοαπορροφητικό υλικό), δίσκοι Στέρλινγκ που μοιάζουν με δορυφορικά «πιάτα» στραμμένα σταθερά προς τον ήλιο, το γραμμικό σύστημα κατόπτρων Φρέσνελ, τα οποία δεν είναι παραβολικά αλλά επίπεδα και οι ηλιακοί πύργοι περικυκλωμένοι από κινούμενους ηλιοστάτες.

Ο ηλιοστάτης συμπεριφέρεται ως ηλιοτρόπιο: παρακολουθεί την κίνηση του ήλιου και αντανακλά την ενέργεια που παράγει αυτό το διαστημικό πυρηνικό εργοστάσιο.

Η τεχνολογία CSP έχει πολύ μικρό περιβαλλοντικό αντίκτυπο: δεν εκπέμπει ρύπους του θερμοκηπίου, ενώ καταλαμβάνει πολύν μικρότερες εκτάσεις γης σε σύγκριση με τα φωτοβολταϊκά.

Επίσης, οι ηλιοθερμικές μονάδες έχουν πολύ μεγαλύτερη ωφέλιμη ζωή σε σύγκριση με τα φωτοβολταϊκά πάνελ, η οποία φτάνει τα 60 χρόνια, δηλαδή όσο οι θερμοηλεκτρικές μονάδες άνθρακα και οι πυρηνικοί αντιδραστήρες.

Ωστόσο, το μεγάλο πλεονέκτημα της συγκεντρωτικής ηλιακής ενέργειας έναντι των υπολοίπων ΑΠΕ είναι η σχετική προβλεψιμότητα στη διοχέτευση της ενέργειας. Μπορεί να λειτουργήσει υποστηρικτικά στις ώρες αιχμής, αλλά και να εγχύσει ενέργεια όταν ο ήλιος δεν λάμπει στον ουρανό.

—Το Helio100

sugkentrotiki-iliaki-csp-124801Το Helio100 αποτελείται από 120 ορθογώνια, μονολιθικά κάτοπτρα διάστασης 1,8 μέτρα επί 1,2 μέτρα έκαστο. Η πιλοτική μονάδα περιλαμβάνει κάτοπτρα συνολικής επιφάνειας 300 τετρ. μέτρων που αντανακλούν το φως του ήλιου στην κορυφή του πύργου ύψους 12 μέτρων.

Πρόκειται για ένα ευέλικτο από μηχανικής πλευράς σύστημα: οι ηλιοστάτες ουσιαστικά είναι μικρά ρομπότ που ανά πάσα στιγμή γνωρίζουν (καθένα χωριστά) τη γωνία που σχηματίζουν ο ήλιος και ο πύργος και τη θέση του ήλιου σχετικά με τον πύργο.

Επίσης δεν απαιτεί περίπλοκες υποδομές αφού οι ηλιοστάτες βασίζονται σε ένα δομικό πλαίσιο που τους επιτρέπει να «διπλώσουν» ταυτόχρονα προς το έδαφος.

Δεν χρειάζονται έργα προετοιμασίας του εδάφους και το σύστημα είναι μετακινούμενο. «Το πεδίο των δοκιμών κατασκευάστηκα από ανειδίκευτους εργάτες και η εγκατάσταση έγινε από μόλις δύο άτομα» αναφέρουν οι επιστήμονες.

Αυτή τη στιγμή το Helio100 βρίσκεται στη φάση της ανάπτυξης, ένα βήμα πριν την παραγωγή της τεχνολογίας σε εμπορική κλίμακα.

—Το παράδειγμα της Νοτίου Αφρικής

Στη Νότια Αφρική εκτιμάται ότι υπάρχει ηλιοθερμικό δυναμικό συνολικής ονομαστικής ισχύος 547,60 Γιγαβάτ.

Παρά την αφθονία ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, η αφρικανική χώρα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον άνθρακα με αποτέλεσμα να συγκαταλέγεται στους μεγάλους ρυπαντές του πλανήτη.

Ως εκ τούτου και δεδομένης της δέσμευσης που έχει λάβει για μείωση των εκπομπών ρύπων κατά ένα τρίτο ως το 2020 η Νότιος Αφρική προσπαθεί να εντάξει τις ΑΠΕ στο ενεργειακό της μείγμα.

Το 2015, η Νότιος Αφρική εγκαινίασε την πρώτη εμπορική ηλιοθερμική μονάδα. Η μονάδα KaXu Solar One τροφοδοτεί το εθνικό σύστημα με 100 Μεγαβάτ ηλιακής ενέργειας που μπορούν να ηλεκτροδοτήσουν περίπου 80.000 νοικοκυριά.

Αποτελείται από 1200 παραβολικούς παραβολικά κάτοπτρα που παρακολουθούν την πορεία του ήλιου και μεταφέρουν την ενέργεια σε σωληνώσεις που περιέχουν ένα θερμοαπορροφητικό υγρό. Η θερμότητα θερμαίνει νερό και ο υπέρθερμος ατμός κινεί μια σειρά από ηλεκτρογεννήτριες.

Το πάρκο καλύπτει μια έκταση ενός τετρ. χιλιομέτρου και έχει τη δυνατότητα να παράσχει αποθηκευμένη ηλιακή ενέργεια δυόμιση ώρες πριν την ανατολή ή μετά τη δύση του ηλίου.

Μεγάλο στοίχημα για την ευρεία διάδοση της τεχνολογίας είναι η διασύνδεση πολλών διεσπαρμένων και απομακρυσμένων μονάδων με το εθνικό δίκτυο και η εξασφάλιση της οικονομικής βιωσιμότητας των επενδύσεων.

—Τα μέσα αποθήκευσης

Αυτή τη στιγμή, οι περισσότερες μονάδες CSP με αποθήκευση ενέργειας χρησιμοποιούν αλάτι που έχει εξορυχθεί στη Χιλή.

Το τηγμένο αλάτι θεωρείται ιδανικό μέσο αποθήκευσης της θερμότητας διότι διατηρείται σε υγρή μορφή ακόμα και πάνω από τους 540 βαθμούς Κελσίου επιτρέποντας στο σύστημα να λειτουργήσει και υπό χαμηλή πίεση για να πετύχει αποτελεσματική δέσμευση και αποθήκευση ενέργειας.

Εάν για παράδειγμα χρησιμοποιούσαν αέριο, η πίεση θα αυξανόταν σε επίπεδα τέτοια που το σύστημα δεν θα άντεχε.

Αφού διασχίσει τον δέκτη στην κορυφή του πύργου, το λιωμένο αλάτι κυλά στις σωληνώσεις ενός του πύργου για να καταλήξει σε μια δεξαμενή, όπου αποθηκεύεται υπό υψηλές θερμοκρασίες έως ότου χρειαστεί ηλεκτρική ενέργεια.

Ωστόσο, σύμφωνα με μια μελέτη ενός ερευνητή του Κέντρου Σπουδών Ανανεώσιμης και Βιώσιμης Ενέργειας του Πανεπιστημίου του Στέλενμπος, του Κένεθ Άλλαν, στην περίπτωση της Νοτίου Αφρικής θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ένα υποκατάστατο του χιλιανού αλατιού: τα πετρώματα.

Αέρας διοχετεύεται εντός και εκτός των πετρωμάτων για να μετακινήσει την ενέργεια. Τα πετρώματα συγκεντρώνουν μια σειρά από πλεονεκτήματα όπως η υψηλότερη θερμοκρασία τήξης που τους επιτρέπει να αποθηκεύσουν περισσότερη ενέργεια.

Επίσης είναι ανθεκτικότερα στη φθορά του χρόνου και στους διαδοχικούς κύκλους θέρμανσης-ψύξης.

Τα πειράματα του Άλλαν έδειξαν ότι ο δολερίτης, ένα ηφαιστειακό πέτρωμα με τεφρόχρωμη απόχρωση παρόμοιας σύστασης με τον βασάλτη που περιέχει κρυστάλλους, αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη λύση.

econews

Σχόλια