Повишаване ефективността на слънчевите топлоелектрически централи

Комбинацията от слънчеви топлоелектрически централи и фотоволтаици с включването на системи за съхранение обещава рентабилно и стабилно производство на електроенергия. В момента изследователите разработват такава хибридна система.

Изграждането на слънчеви термични електроцентрали е по-скъпо от фотоволтаичните, но за разлика от тях осигуряват електроенергия и през нощта, а системите им за съхранение на топлинна енергия са по-евтини от акумулаторните системи за съхранение на слънчева електроенергия. Проектът HybridKraft, ръководен от Института за слънчеви енергийни системи (ИСЕС) на института Фраунхофер, се фокусира върху разработването на електрически нагревател за разтопени соли, който да е подходящ за използване в големи електроцентрали. Превръщането на възобновяемата електроенергия във високотемпературна топлинна енергия за директна употреба или съхранение обаче представлява интерес и за промишлени приложения.

Оптимална комбинация от електричество и топлина

В проекта се съчетават предимствата на двете технологии с цел оптимизиране на разходите: през деня електричеството се осигурява основно от фотоволтаичната система, а след залез слънце за производството на електроенергия се използва доставяната от фотоволтаичната централа топлинна енергия от резервоара за разтопена сол. Ако фотоволтаичната електроцентрала е преоразмерена, така че да доставя енергия и в дните с по-слаба слънчева активност, излишната електроенергия от нея може да се използва в дните с добра слънчева активност за допълнително електрическо загряване на резервоара за съхранение на разтопена сол.

Една вече утвърдена технология за тази комбинация са класическите електроцентрали с параболично корито. В проекта HybridKraft изследователският екип иска да тества електрически нагревател за течни соли и използването им в системи за съхранение на енергия. Потенциалът на тези нагреватели ще бъде оценен в комбинация с линейни концентриращи топлинни колектори на Френел.

Въпреки че колекторите на Френел с директно разтопена сол в абсорберната тръба могат да осигуряват топлина до 545 градуса по Целзий, целта е да се оптимизира температурата на изхода на топлоносителя от приемника с помощта на фотоволтаичната електроенергия. „Можем да я използваме, за да увеличим плътността на съхранение на разтопената сол и работната температура на турбината, а оттам и ефективността на системата. Но също така можем да намалим разходите за производство на концентрирана слънчева енергия, като оптимизираме капацитета на колекторния масив на Френел в зависимост от подаваната от електрическия нагревател топлина“, обяснява ръководителят на проекта Шахаб Рохани от ИСЕС.

Възможни са различни приложения

В рамките на проекта ще бъде разработен прототип на отоплителен уред със слънчева енергия с мощност един мегават. Той ще бъде тестван в техническия център на ИСЕС в затворен цикъл с резервоар за съхранение на разтопена сол. Въз основа на концепцията за дизайна на прототипа, резултатите от тестовете и симулационните изследвания ще бъде създаден дизайн за електрически нагреватели с голям капацитет. Разработват се концепции за различни места и приложения в затворен цикъл с резервоар за съхранение на разтопена сол.

Мощен електрически нагревател за индустриални процеси

Електрическият нагревател представлява интерес за използване не само в слънчеви електроцентрали в слънчевия пояс на Земята, но и навсякъде, където има временни излишъци на електроенергия от централи за производство на енергия от възобновяеми източници. „Те могат да се преобразуват в топлина, която или се използва директно за промишлени процеси при висока температура от 150 до 550 градуса по Целзий, или се съхранява в батерия на Карно за последващо преобразуване в електроенергия“, обяснява Томас Флури, ръководител на групата за климатично неутрални промишлени процеси и високотемпературно съхранение в ИСЕС.

Този модулен електрически нагревател ще бъде оценен по отношение на оптимизираната механична стабилност и контрол на потока, подобрената свързаност с електрическата инфраструктура, съвместимостта на захранването с електроенергия от фотоволтаици и повишеното ниво на работното напрежение. Въз основа на тези оценки могат да се извършат допълнителни оптимизации на инсталацията по отношение на условията на работа, икономическата чувствителност и опростяването ѝ. Проектът е още един важен елемент от прехода в производството на енергия и топлина.

Снимка: Fraunhofer ISE