Φωτοβολταϊκά CSP θα μπορούσαν να δουλεύουν στο 80% όλο το χρόνο

Ερευνητές από το Διεθνές Ινστιτούτο Ανάλυσης Εφαρμοσμένων Συστημάτων (IIASA), διεξήγαν μια μελέτη για να εξετάσουν τις δυνατότητες της ηλιακής ενέργειας να παρέχει αξιόπιστη ηλεκτρική ενέργεια όλο το εικοσιτετράωρο, κάθε μέρα του χρόνου.

Tweet

Η ομάδα διαπίστωσε ότι ένα μεγάλο, κατανεμημένο δίκτυο συγκεντρωμένης ηλιακής ενέργειας (CSP) στην λεκάνη της Μεσογείου ή στην έρημο Καλαχάρι, στη Νότια Αφρική, θα είναι σε θέση να «τρέχει» σταθερά στο 80 τοις εκατό της μέγιστης ικανότητάς του, ή και περισσότερο, σε όλο το έτος, ανεξάρτητα από την ώρα της ημέρας, τη σεζόν, ή τις καιρικές συνθήκες.

Το δυναμικό για την παραγωγή ηλιακής ενέργειας στις ερήμους της Γης είναι ουσιαστικά απεριόριστο: υπάρχει περισσότερος από αρκετός χώρος γης, για να παράγουμε πολύ περισσότερη ενέργεια από ότι απαιτείται σήμερα παγκοσμίως.

Και όμως, η παραγωγή τέτοιων τεράστιων ποσών ενέργειας με τη χρήση φωτοβολταϊκών θα ήταν ανέφικτο, κυρίως επειδή τα φωτοβολταϊκά δεν μπορούν να παράγουν ηλεκτρισμό κατά τη διάρκεια της νύχτας, και υπόκεινται, επίσης, στις μεταβαλλόμενες εποχές και τις καιρικές συνθήκες. Ένα δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας που βασίζεται κυρίως σε φωτοβολταϊκά, θα χρειαστεί ένα πολύ μεγάλο αριθμό μπαταριών, που θα αυξήσουν τις δαπάνες της ηλεκτρικής ενέργειας.

Μια ακόμη, πολλά υποσχόμενη, προσέγγιση για την συγκομιδή ενέργειας από τον ήλιο, είναι η συγκεντρωμένη ηλιακή ενέργεια (CSP), στην οποία ένα σύστημα κατόπτρων και φακών εστιάζουν μια μεγάλη περιοχή ηλιακού φωτός, πάνω σε μια μικρότερη περιοχή, θερμαίνοντας ένα υγρό το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιείται για να «τρέξει» μία γεννήτρια ατμού και, τέλος, για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Το μεγάλο πλεονέκτημα εδώ είναι ότι το ίδιο το θερμαινόμενο υγρό μπορεί, επίσης, να θεωρηθεί ως ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας. Ελέγχοντας το πότε και το πώς αυτή η θερμότητα μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια, επιτρέπει σε αυτά τα εργοστάσια παραγωγής να κρατήσουν την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας όποτε αυτή είναι απαραίτητη, ακόμα και αφότου έχει δύσει ο ήλιος.

Σε μια πρόσφατη μελέτη, οι ερευνητές, Stefan Pfenninger και οι συνεργάτες του, προσομοίασαν τη λειτουργία δικτύων, από εργοστάσια CSP που κάνουν χρήση της θερμικής αποθήκευσης και της βελτιστοποιημένης χωροθέτησης, της λειτουργίας τους και του μεγέθους τους, για να καλύψουν μια ρεαλιστική ενεργειακή ζήτηση από την περιοχή.

«Αυτό που κοιτάξαμε ήταν κατά πόσο ένα σύστημα ηλιακής ενέργειας που βασίζεται στα CSP, θα μπορούσε να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια με αξιοπιστία», δήλωσε ο καθηγητής Anthony Patt, συν-συγγραφέας της μελέτης. «Ας πούμε ότι χτίζουμε 10 εργοστάσια, το καθένα με κάποια θερμική αποθήκευση, και με μια συνδυασμένη μέγιστη ισχύ 1.000MW. Σε πόσο μεγάλο μέρος του χρόνου θα είναι πράγματι σε θέση να παρέχει 1.000 MW, ή εκεί κοντά; Αυτό που διαπιστώσαμε είναι ότι ένα δίκτυο τέτοιων εργοστασίων, εάν βελτιστοποιηθεί όσον αφορά την τοποθέτησή τους και τη λειτουργία τους, θα μπορούσε πράγματι να λειτουργήσει με τέτοιο τρόπο, ώστε να παρέχει πάντα μεταξύ 800MW και 1.000MW το καλοκαίρι, το χειμώνα, τη μέρα ή τη νύχτα».

Είναι καθοριστικής σημασίας, σύμφωνα με τη μελέτη της ομάδας, η αποθήκευση ενέργειας των CSP κατά τη διάρκεια της νύχτας ή σε κακές καιρικές συνθήκες, να μην προσθέσει καθόλου στο κόστος, σε περιοχές όπως η Σαχάρα και οι ερήμους Καλαχάρι. Σε άλλους τομείς, όπως στην έρημο Mojave, οι ελαφρώς λιγότερο ευνοϊκές καιρικές συνθήκες (όπως οι περίοδοι εκτεταμένης κάλυψης από σύννεφα) θα σήμαινε ότι, προκειμένου να λειτουργήσουν με συνέπεια οι εγκαταστάσεις σε 80% απόδοση ή και παραπάνω όλο το χρόνο, θα πρέπει να προστεθούν επιπλέον καθρέφτες και χωρητικότητα θερμικής αποθήκευσης, τα οποία θα κοστίσουν παραπάνω.

Οι ερευνητές υποστηρίζεουν ότι ένα δίκτυο σταθμών παραγωγής ενέργειας CSP,  απλωμένο σε μεγάλη έκταση, εξασφαλίζει ότι ακόμα και αν ο ήλιος δεν λάμπει για μεγάλο χρονικό διάστημα, το σύστημα θα εξακολουθεί να είναι σε θέση να υποστηρίξει τις ενεργειακές ανάγκες μεγάλης κλίμακας, με την αποστολή της ενέργειας εκεί που είναι απαραίτητη.

Αυτή είναι η πρώτη λεπτομερής μελέτη του είδους της, που αποδεικνύει ότι είναι πράγματι δυνατό να κατασκευάσουμρε ένα δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας που θα βασίζεται κυρίως στην ηλιακή ενέργεια και θα εξακολουθεί να παρέχει αξιόπιστη ηλεκτρική ενέργεια όλο το εικοσιτετράωρο, μέρα και νύχτα, και κατά τη διάρκεια όλου του έτους. Επιπλέον, το κόστος ανά kWh θα μπορούσε να μειωθεί δραματικά, μέσα στα επόμενα χρόνια.

«Το κόστος της CSP, ακόμη και στη διαμόρφωσή της σε ελάχιστο κόστος, είναι υψηλότερο από το φυσικό αέριο (περίπου 10 λεπτά ανά kWh, σε σύγκριση με περίπου 5)», δήλωσε ο Anthony Patt. «Αλλά αυτό είναι σχεδόν βέβαιο ότι θα αλλάξει, όσο η CSP γίνεται όλο και πιο mainstream, και είναι εύλογο να φανταστεί κανείς ότι θα είναι τόσο φθηνή όσο και το φυσικό αέριο, μέσα στα επόμενα 10 έως 15 χρόνια. Κατά μία έννοια, τα τελευταία αποτελέσματά μας, παρέχουν ένα λόγο προς τους σχεδιαστές ενεργειακών συστημάτων να προωθήσουν την CSP, στο σημείο όπου αυτό [η μείωση του κόστους] θα συμβεί».