Solarne termalne elektrane

Solarne termalne elektrane su izvori električne struje dobijene pretvaranjem Sunčeve energije u toplotnu (za razliku od fotovoltaika kod kojih se električna energija dobija direktno). S obzirom da nemaju štetnih produkata prilikom proizvodnje električne energije, a imaju srazmerno dobru efikasnost (20 - 40%), predstavljaju značajan potencijal za budućnost. Kako je količina energija koja pada na površinu izuzetno velika, izgradnjom takvih elektrana na sunčanim područjima (npr. Sahara) mogao bi se energijom snabevati veliki broj korisnika.

Solarni toranj u pustinji Mohave Kalifornija

Koncentrovana solarna termalna elektrana

Zbog potrebe za visokim temperaturama, gotovo svi oblici solarnih termalnih elektrana moraju koristiti nekakav oblik koncentrovanja Sunčevih zraka s velikog prostora na malu površinu. Kako se tokom dana položaj Sunca na nebu menja, tako se stalno menja i najpovoljniji ugao pod kojim padaju Sunčevi zraci na ogledala. Zato je potrebno ugraditi mehanizam koji će stalno prilagođavati njihov položaj. Ti mehanizmi su neophodni kako bi se dobila što veća efikasnost, mada značajno utiču na povećanje ionako visokih cena solarnih termalnih elektrana.

Smanjenja u ceni su moguća skladištenjem toplote, a ne struje, budući da je takva tehnologija danas jeftinija, a proizvodnja toplote je ionako neophodna za funkcionisanje ovakvog tipa elektrana. Time je moguće dobijati električnu energiju i onda kada to inače ne bi bilo moguće (za vreme smanjene insulacije - mera energije solarne radijacije primljene ili predane od strane određene površine u određenom vremenu).

Vrste

Danas se koriste jedino koncentrovane solarne termalne elektrane (CSP). Sastoje se od ogledala i rezervoara fluida koji se zagreva i takav prolazi kroz turbine ili toplotne motore (npr. Strilnigov motor). S obzirom na raznolikost među ogledalima i celokupnoj konstrukciji možemo ih podeliti u sledeće kategorije:

Parabolični kolektori

Sastoje se od dugih nizova paraboličnih ogledala (zakrivljenih oko samo jedne ose) i kolektora koji se nalazi iznad njih. Njihova je prednost što je potrebno pomicanje ogledala samo kada je promena položaja Sunca u ortogonalnom smeru, dok prilikom paralelnog pomaka to nije potrebno jer svetlost i dalje pada na kolektore. Kroz kolektore struje sintetičko ulje, rastopljena so ili para pod pritiskom koji se pod uticajem Sunčevih vazduha zagrevaju. Kolektore je moguće izvesti u vakuumiranom staklu tako da se spreče gubici toplote kondukcijom i konvekcijom, a postižu efikasnost od 20%.

Solarni tornjevi

Ove elektrane imaju veliki broj ogledala postavljenih oko središnjeg mesta gde se nalazi toranj. Ovakve konstrukcije postižu vrlo visoke temperature, što ih čini efikasnijim kako u proizvodnji tako i u skladištenju energije. Takođe prednost im je što ne zahevaju ravna područja (moguća je izgradnja na brdima), ali zato ogledala zahtevaju upotrebu mehanizma rotacije oko dve ose, što im podiže cenu.

Solarni tanjiri

Zbog paraboličnog izgleda podsećaju na satelitske tanjire, ali su značajno veći. Zraci svetlosti, odbijajući se od ogledala, padaju u jednu tačku (kolektor) koji se nalazi iznad njih. Tu se razvijaju vrlo visoke temperature, a za dobijanje električne energije se koristi Stirlingov ili parni motor. Zbog pokretnih mehanizama potrebna su česta servisiranja, a celi mehanizam zahteva rotaciju oko dve ose i skupa parabolična ogledala, što se na kraju odražava na ukupnoj isplativosti ovakvog sklopa.

Fresnel reflektori

Koriste nizove dugih malo zakrivljenih ili potpuno ravnih ogledala, a izgledom podsećaju na parabolične kolektore. Konstruisani su tako da više nizova ogledala cilja u isti kolektor što dovodi do finansijskih ušteda, a i sama ogledala se okreću oko samo jedne ose. Ciljanjem ogledala u različite kolektore u različito doba dana moguće je postaviti gust raspored ogledala, čime se dobija više energije uprkos efikasnosti manjoj od 20%. Čitav projekat je zasada još na bazi prototipa koji su izgrađeni u Belgiji (SolarMundo) i Australiji (CLFR).

Solarne potisne elektrane

Ne koriste ogledala, nego veliku zastakljenu površinu (samo odozgo), ispod koje se zagreva vazduh, u čijem je središtu toranj. Zbog nagiba te staklene površine, vazduh ide prema tornju gde se okreću turbine. Sama konstrukcija zahteva izrazito velike dimenzije te faktor pretvaranja solarne energije u toplotnu nije naročito dobar, no to je kompenzirano niskim investicionim troškovima. Prototip srednje veličine je bio izgrađen u Španiji 1982. gde su se skupljali podaci sledećih 7 godina, sve do namernog rušenja tornja zbog problema s vrtloženjem vazduha.

Skladištenje toplotne energije

Efikasnost ovih elektrana se povećava ugradnjom pogona za skladištenje energije, čime se dobija i na pouzdanosti. Ti se pogoni baziraju na skladištenju toplotne energije u materijal velike energetske gustine. Trenutno se kao takav materijal koristi rastopljena so, čiji je sastavni element natrijum - metal velike energetske gustine.

Takođe se danas koristi i para pod visokim pritiskom (50 bara na 285°C), ali vreme čuvanja energije na ovaj način je svega jedan sat. Elektrana u Klonkury (Australija) će koristiti pročišćeni grafit, kada bude izgrađena.

Solarne elektrane u pogonu

• SEGS – 9 solarnih elektrana, SAD, Kalifornija (pustinja Mohave), kapacitet 354 MW, parabolični kolektori
• Nevada Solar 1 – SAD, Nevada, kapacitet 64 MW, parabolični kolektori
• Lidel pauer stejšn - Australija, 95 MW toplotske energije 35 MW električnog ekvivalenta količine pare na ulazu, Fresnel reflektori
• PS10 solar pauer tauer – Španija, Sevilja, 11 MW, solarni toranj

Solarne elektrane u konstrukciji

• Andsol 1 – Španija, 50 MW sa skladištenjem toplote, parabolični kolektori
• Andsol 2 - Španija, 50 MW sa skladištenjem toplote, parabolični kolektori
• Solar Tres elektrana – Španija, 15 MW sa skladištenjem toplote

Najavljene solarne elektrane

• Mojave Solar Park – SAD, Kalifornija, 553 MW, parabolični kolektori
• Pisgah – SAD, Kalifornija, 500 MW, solarni tanjiri
• Ivanpah Solar – SAD, Kalifornija, 400 MW, solarni toranj
• Imperijal Valej – SAD, Kalifornija, 300 MW, solarni tanjiri
• Karizo Enerdži Solar Farm – SAD, Kalifornija, 177 MW, Fresnel reflektori
• Uppington - Južnoafrička republika, 100 MW, solarni toranj
• Jazd Plant – Iran, 67 MW količine pare na ulazu za hibridnu elektranu na plin, nepoznata tehnologija
• Barsvtov – SAD, Kalifornija, 59 MW sa skladištenjem toplote, parabolični kolektori
• Viktorvil 2 Hibrid Pauer Prodžekt –SAD, Kalifornija 50 MW količine pare na ulazu za hibridnu elektranu na plin, parabolični kolektori
• Kuraumat Plant – Egipat, 40 MW količine pare na ulazu za elektranu na plin, parabolični kolektori
• Beni Mathar Plant – Maroko, 30 MW količine pare na ulazu elektranu na plin, nepoznata tehnologija
• Hassi R´mel – Alžir, 25 MW količine pare na ulazu za elektranu na plin, parabolični kolektori
• Klonkuri solar pauer stejšn – Australija, 10 MW sa skladištenjem toplote, solarni toranj