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集中太阳能的利弊

时间:2024-02-27 18:19:42 技术突破

  在上一篇文章中,我描述了热色技术或浓缩太阳能(CSP)的基本原理。在本文中,我分析了该技术的优势和缺点,以了解哪些因素阻碍了其大规模推出。下图显示了使用浓缩塔的CSP工厂必需组件的图

一个?? CSP?塔工厂的图

  CSP植物的特殊性

  从表面上看,这项技术有几个好处,但也有一些缺点。我在下面分析它们:

  高能效率

  在任何电厂中必不可少的因素 - 取决于CSP的几个因素:反射镜的浓缩太阳辐射的能力,转移液达到的温度和捕获区域。在当今的运营系统中,效率被理解为20%至40%之间 - 比其他伟大系统的效率更高,甚至更高的值将太阳能转换为电力,光伏太阳能,其商业效率在18%至26%之间。CSP工厂的转化效率值也可以与煤炭或核电站竞争,煤炭或核电站的能源效率约为35%,尽管它们低于使用天然气的合并循环发电厂(45%至50%)。

  储存产生能源的能力

  与能源效率一起,CSP存储容量是将该技术纳入能量组合中的驱动因子,与其他更成熟的可再生技术(例如光伏或风能)相同。CSP植物可以将热能存储10到15小时,这是它们的关键因素。由于这种能力,CSP工厂的生产曲线与电力需求的曲线完全符合,这确保了通过这项技术每天24小时保证连续供应。在2021年底,估计几乎完全基于熔融盐技术,在CSP植物中产生的热能储存23 gwh。

  灵活的技术

  风能和光伏太阳能的兴起表明,需要可再生技术,这些技术可以有助于电动系统的灵活功能,以确保电力供应的可靠性。众所周知,风能和光伏太阳能是变量,这意味着它们的产量分别根据太阳和风的可用性波动。必须仔细管理可再生能源变量的生产波动。如果它们具有高渗透指数,则可能会损害网络的可靠性;如果计划不正确,它可能会导致电压下降和停电。

Solucar PS10是一家具有塔技术的热电太阳能发电厂 - 世界上第一个商业电厂

  带有热能存储的CSP提供了解决方案,因为它可以在短时间通知网格中存储太阳能,以补充可再生变量的生产流量。最明显的例子是,当光伏产量落在下午结束时,并带有热量存储的CSP会释放存储的能量以满足需求。但是CSP也可以做相反的事情。换句话说,当光伏生产达到其最高点时,CSP工厂可以停止向电网供电,并将能量存储为热量,即使在晚上也可以在需要时使用。在这方面,CSP和光伏太阳能是完全互补的。

  需要高水平的辐照度

  这是这项技术带来的重要不便,因为它需要长时间的太阳辐照度。这意味着其推出仅限于满足这些要求的国家或地区。只有在太阳辐照度较高的地方(超过2,000 kWh/m2.年),在南欧和北非典型的地方,CSP植物才能以竞争力的成本推出。

  CSP植物生产的高电量

  目前,这是阻碍其发展的最大因素。但是,鉴于自2007年以来观察到的趋势,如果推出继续上涨,预计使用CSP技术获得的电力价格将继续下降。新工厂将结合技术进步,改善规模经济,并提高这些植物的建设和功能的效率。该图证明了这一点。

主要可再生技术产生的电价的演变。提出了自2010年以来观察到的趋势。每种技术显示的不同范围对应于基于国家 /地区的价格变化。实线是整个图的平均值和水平线(在底部),是用化石燃料获得的电力价格变化的边缘。

  当今世界上的CSP

  越来越多的国家使用CSP和热能存储。近年来,CSP工厂主要安装在非洲和亚洲国家,远离该技术最初安装的地区(北美和欧洲)。与他人的发展一致?随着成本的持续下降,可再生能源技术可能会开发出更多的CSP项目,但是欢迎在监管框架中更大的稳定性,以开发确保成本下降所需的安装规模。

CSP Power的累积安装能力在世界范围内按国家分解

  2022年,由于使用CSP技术在美国退役了将近300兆瓦的旧电厂,但全球市场将在今年持续显示净增长,而安装了750 MW,因此,安装电源首次略有下降。中国和阿拉伯联合酋长国的能力。

  西班牙是世界上CSP装置最多的国家 - 总计近50个发电厂,总计高达2300兆瓦 - 这是这项技术的全球领导者。在2021年,CSP发电达到4,719 GWH,占当年电力总需求的1.84%。

  CSP发电厂的未来

  迄今为止,CSP无法在全球范围内商业上与光伏能源竞争。为了使CSP具有竞争力,生产的电力成本必须下降。鉴于热能的转化效率随温度升高而提高,这要归功于第二种热力学定律,因此研究的趋势是中央接收器塔技术的提高,以便将转化温度提高到700oC左右至800oC。鉴于在这样的高温下使用蒸汽是不切实际的,目前的目标是找到蒸汽的替代品,然后使用熔融盐作为热量储存元件。在集中塔以及本文第一张图中的塔中,将硝酸钠和钾的组合加热,直到达到600oC至800oC。然后将这些熔融盐存储在地面中的热分离沉积物中。然后,获得电力的方式是正常方法:将熔融盐转移到产生蒸汽的热交换器上。当它在高压下向涡轮机移动时,它会产生电力。

  在接下来的几年中,我们将在非常阳光明媚的国家看到更多这些发电厂,尽管成本必须大大下降才能赶上光伏能源。

  IgnacioMártil

  马德里大学的电子学教授和西班牙皇家物理学会的成员

  《Energíasolar:delautopíaa la esperanza》(Análisisycrítica)的作者