Salzige Sonnenenergie

Die Gewinnung und Nutzung von Sonnenenergie ist aus energetischer Sicht eine der wichtigsten Errungenschaften des Menschen. Die Hauptschwierigkeit besteht nun nicht mehr darin, Sonnenenergie zu sammeln, sondern sie zu speichern und zu verteilen. Wenn dieses Problem gelöst werden kann, können traditionelle Unternehmen für fossile Brennstoffe in den Ruhestand versetzt werden.

SolarReserve ist ein Unternehmen, das die Verwendung von Salzschmelze in Solarkraftwerken anbietet und an einer alternativen Lösung für Speicherprobleme arbeitet. Anstatt Sonnenenergie zur Stromerzeugung zu verwenden und dann in Solarmodulen zu speichern, schlägt SolarReserve vor, diese auf Wärmespeicher (Türme) umzuleiten. Der Energieturm empfängt und speichert Energie. Die Fähigkeit von geschmolzenem Salz, in flüssiger Form zu bleiben, macht es zum perfekten thermischen Speicherprodukt .

Ziel des Unternehmens ist es zu beweisen, dass durch seine Technologie Sonnenenergie eine erschwingliche Energiequelle ist, die rund um die Uhr funktioniert (wie jedes Kraftwerk mit fossilen Brennstoffen). Konzentriertes Sonnenlicht erwärmt das Salz im Turm auf 566 ° C und es wird in einem riesigen isolierten Tank aufbewahrt, bis Dampf zum Starten der Turbine erzeugt wird.

Aber das Wichtigste zuerst.

Starten Sie

Der Cheftechnologe von SolarReserve, William Gould, hat über 20 Jahre lang die CSP-Technologie (Concentrated Solar Power) mit Salzschmelze entwickelt. In den 1990er Jahren war er Projektleiter für die Demonstrationsanlage Solar Two, die mit Unterstützung des US-Energieministeriums in der Mojave-Wüste errichtet wurde. Ein Jahrzehnt zuvor wurde das Gebäude dort überprüft, was theoretische Berechnungen über die Möglichkeit der kommerziellen Energieerzeugung mit Heliostaten bestätigte. Goulds Aufgabe war es, ein ähnliches Projekt zu entwickeln, bei dem erhitztes Salz anstelle von Dampf verwendet wird, und Beweise dafür zu finden, dass Energie gespeichert werden kann.

Bei der Wahl eines Tanks zur Lagerung von geschmolzenem Salz zögerte Gould zwischen zwei Optionen: einem Kesselhersteller mit Erfahrung in traditionellen fossilen Kraftwerken und Rocketdyne, der Raketentriebwerke für die NASA herstellte. Die Wahl fiel zugunsten von Raketenwissenschaftlern. Teilweise aufgrund der Tatsache, dass Gould zu Beginn seiner Karriere als Nuklearingenieur bei der riesigen Baufirma Bechtel arbeitete, die an den kalifornischen San Onofre-Reaktoren arbeitete. Und er dachte, dass er keine zuverlässigere Technologie finden würde.

Die Düse des Strahltriebwerks, aus der heiße Gase entweichen, besteht eigentlich aus zwei Schalen (innen und außen), in deren gemahlenen Kanälen Kraftstoffkomponenten in flüssiger Phase gepumpt werden, die das Metall kühlen und die Düse am Schmelzen hindern. Die Erfahrung von Rocketdyne bei der Entwicklung solcher Geräte und der Arbeit auf dem Gebiet der Hochtemperaturmetallurgie war nützlich für die Entwicklung von Technologien zur Verwendung von Salzschmelze in einem Solarkraftwerk.

Das 10 MW Solar Two-Projekt ist seit mehreren Jahren erfolgreich in Betrieb und wurde 1999 stillgelegt, was die Realisierbarkeit der Idee bestätigt. Wie William Gould selbst zugibt, hatte das Projekt einige Probleme, die gelöst werden mussten. Die Kerntechnologie von Solar Two funktioniert aber auch in modernen Stationen wie Crescent Dunes. Das Gemisch aus Nitratsalzen und Betriebstemperaturen ist identisch, der Unterschied liegt nur im Maßstab der Station.

Der Vorteil der Salzschmelztechnologie besteht darin, dass Sie Strom nach Bedarf liefern können, und zwar nicht nur, wenn die Sonne scheint. Salz kann die Wärme für mehrere Monate speichern, sodass manchmal ein bewölkter Tag die Verfügbarkeit von Strom nicht beeinträchtigt. Darüber hinaus sind die Emissionen aus dem Kraftwerk minimal und es fallen natürlich keine gefährlichen Abfälle als Nebenprodukt des Prozesses an.

Arbeitsprinzipien

Das Solarkraftwerk verwendet 10.347 Spiegel (Heliostaten), die auf 647,5 Hektar (das sind mehr als 900 Fußballfelder) installiert sind, um das Sonnenlicht auf einen 195 Meter hohen zentralen Turm zu konzentrieren, der mit Salz gefüllt ist. Dieses Salz wird von der Sonne auf 565 ° C erwärmt, die Wärme gespeichert und dann zur Umwandlung von Wasser in Dampf und zum Betrieb von Generatoren verwendet, die Strom erzeugen.



Spiegel werden als Heliostaten bezeichnet, da jeder von ihnen gekippt und gedreht werden kann, um seinen Lichtstrahl genau zu lenken. In konzentrischen Kreisen fokussieren sie das Sonnenlicht auf den „Empfänger“ im oberen Teil des zentralen Turms. Der Turm selbst ist nicht beleuchtet, der Empfänger hat eine matte schwarze Farbe. Der Glüheffekt entsteht gerade durch die Konzentration des Sonnenlichts, das den Tank erwärmt. Heißes Salz fließt in einen Edelstahltank mit einem Fassungsvermögen von 16.000 m³.


Heliostat

Salz, das bei diesen Temperaturen ähnlich aussieht und fließt wie Wasser, wird durch einen Wärmetauscher geleitet, um Dampf für einen Standard-Turbogenerator zu erzeugen. Der Tank enthält genügend geschmolzenes Salz, um den Generator 10 Stunden lang zu betreiben. Dies entspricht 1.100 Megawattstunden oder fast dem Zehnfachen der größten Lithium-Ionen-Batteriesysteme, die zur Speicherung erneuerbarer Energien installiert wurden.

Harter Weg

Trotz des Versprechens der Idee kann nicht gesagt werden, dass SolarReserve erfolgreich war. In vielerlei Hinsicht blieb das Unternehmen ein Startup. Obwohl ein Start-up in jeder Hinsicht energisch und lebendig. Immerhin ist das erste, was Sie sehen, wenn Sie zum Kraftwerk Crescent Dunes blicken, das Licht. So hell, dass es unmöglich ist, ihn anzusehen. Der 195 Meter hohe Turm thront stolz über den Wüstengebieten von Nevada auf halber Strecke zwischen der kleinen Stadt Reno und Las Vegas und dient als Lichtquelle.


Ungefähr eine Autostunde von hier entfernt befindet sich die berühmte Zone 51, eine geheime Militäreinrichtung, die diesen Sommer im gesamten Internet zu stürmen drohte, um Aliens vor den Händen der amerikanischen Regierung zu "retten". Eine solche Nachbarschaft führt dazu, dass Reisende, die ein ungewöhnlich helles Leuchten sehen, die Anwohner manchmal fragen, ob sie etwas Ungewöhnliches oder gar Außergewöhnliches gesehen haben. Und dann sind sie zutiefst verärgert darüber, dass dies nur ein Solarkraftwerk ist, das von einem fast 3 km breiten Spiegelfeld umgeben ist.

Der Bau von Crescent Dunes begann 2011 mit Darlehen der Regierung und Investitionen von NV Energy, Nevadas wichtigstem Versorgungsunternehmen. Und sie bauten 2015 ein Kraftwerk, etwa zwei Jahre später als geplant. Aber auch nach dem Bau lief nicht alles reibungslos. Beispielsweise fielen in den ersten zwei Jahren Pumpen und Transformatoren für Heliostaten, die nicht leistungsfähig genug waren, häufig aus und funktionierten nicht richtig. Daher war die Leistung der Crescent Dunes in den ersten Betriebsjahren geringer als geplant.

Es gab noch eine Schwierigkeit - mit den Vögeln. Der unglückliche Vogel geriet unter den "Anblick" des konzentrierten Sonnenlichts und verwandelte sich in Staub . Laut Vertretern von SolarReserve gelang es ihrem Kraftwerk, eine regelmäßige und massive „Einäscherung“ von Vögeln zu vermeiden. Zusammen mit mehreren nationalen Organisationen wurde ein spezieller Plan entwickelt, um potenzielle Bedrohungen für das Kraftwerk abzumildern. Dieses Programm wurde 2011 genehmigt und soll das potenzielle Risiko für Vögel und Fledermäuse verringern.

Das größte Problem für Crescent Dunes war jedoch ein Leck im Heißsalz-Lagertank, das Ende 2016 entdeckt wurde. Laut Technologie verteilt ein riesiger Ring, der auf Pylonen am Boden des Tanks ruht, geschmolzenes Salz, wenn es vom Empfänger ankommt. Die Pylone selbst mussten mit dem Boden verschweißt werden, und die Möglichkeit der Verschiebung war für den Ring notwendig, da Temperaturänderungen eine Ausdehnung / Kontraktion des Materials verursachen. Stattdessen wurde die gesamte Farm aufgrund eines Fehlers der Ingenieure hart zusammengekocht. Infolgedessen sackte der Tankboden bei Temperaturänderungen zusammen und leckte.

Das Austreten von Salzschmelze an sich ist nicht besonders gefährlich. Wenn es in die Kiesschicht unter dem Tank gelangt, wird die Schmelze sofort abgekühlt und verwandelt sich in Salz. Die Stilllegung des Kraftwerks verzögerte sich jedoch um acht Monate. Die Ursachen des Lecks, die Täter des Vorfalls, die Folgen des Notfalls und andere Probleme wurden untersucht.

Die Probleme von SolarReserve haben hier nicht aufgehört. Die Kapazität der Anlage war mit einem durchschnittlichen Leistungsfaktor von 20,3% im Vergleich zu dem geplanten Leistungsfaktor von 51,9% im Jahr 2018 niedriger als geplant. Infolgedessen startete das Nationale Labor für Erneuerbare Energien (NREL) eine 12-monatige Studie über die Kosten des Projekts CSP mit Schwerpunkt auf Leistungsproblemen und Eventualitäten. Infolgedessen wurde das Unternehmen zunächst verklagt und gezwungen, die Führung zu wechseln, und im Jahr 2019 wurden sie gezwungen, ihre Insolvenz zuzugeben.

Es ist noch nicht vorbei

Aber auch das hat der technologischen Entwicklung kein Ende gesetzt. Immerhin gibt es ähnliche Projekte in anderen Ländern. Ähnliche Technologien werden beispielsweise im Solarpark eingesetzt, der nach Mohammed Ibn Rashid Al Maktoum benannt ist - dem weltweit größten Netzwerk von Solarkraftwerken, das in einem einzigen Raum in Dubai vereint ist. Oder sagen wir, Marokko. Es gibt noch mehr Sonnentage als in den USA, daher sollte der Wirkungsgrad des Kraftwerks höher sein. Und die ersten Ergebnisse zeigen, dass dies wahr ist.

Der 150-Megawatt-CSP Noor III-Turm in Marokko überstieg in den ersten Betriebsmonaten seine geplante Kapazität und Speicherkapazität. Laut Xavier Lara, Senior Consultant der CSP Empresarios Agrupados Engineering Group (EA), liegen die Kosten für die Finanzierung von Energiespeicherprojekten im Rahmen der Erwartungen.


Das im Dezember letzten Jahres eingeführte Kraftwerk Noor III weist eine bemerkenswerte Leistung auf. Noor III, gegründet von der spanischen SENER und dem chinesischen Energiekonzern SEPCO, ist die weltweit größte in Betrieb befindliche Turmanlage und die zweitgrößte Integration von Salzschmelze-Speichertechnologie.

Experten sind der Ansicht, dass zuverlässige Früh-Noor-III-Leistungsdaten zur Leistung, Flexibilität bei der Generierung und Integration von Speicher die Zuverlässigkeitsprobleme des CSP-Turms und des Speichers verringern und die Kapitalkosten für zukünftige Projekte senken sollten. In China hat die Regierung bereits ein Programm zur Schaffung einer 6000 MW CSP mit Speicher angekündigt. SolarReserve arbeitet mit der staatlichen Shenhua Group, einem Kohlekraftwerk, zusammen, um 1.000 MW CSP-Schmelzsalzproduktion zu entwickeln. Aber werden solche Lagertürme weiter gebaut? Frage

Erst kürzlich gab das Unternehmen Heliogen von Bill Gates den Durchbruch bei der Nutzung konzentrierter Solarenergie bekannt. Heliogen konnte die Temperatur von 565 ° C auf 1000 ° C erhöhen. Damit eröffnet sich die Möglichkeit der Nutzung von Sonnenenergie bei der Herstellung von Zement, Stahl, petrochemischen Produkten.

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