Konzentrierende Solarenergie hatte es in den USA schwer, in Gang zu kommen, aber das hält das Energieministerium nicht auf. Die Agentur befindet sich mitten in einem 100-Millionen-Dollar-Programm, das darauf abzielt, die Technologie in den Mainstream der Revolution der erneuerbaren Energien zu bringen, und sie hört nicht bei der Stromerzeugung auf. Auch die industrielle Dekarbonisierung steht auf der Speisekarte. Das bedeutet, dass trotz der Meinung der Skeptiker mehr grüner Wasserstoff im Spiel ist.
Konzentration von Solarenergie zur Dekarbonisierung der schwer zu dekarbonisierenden
Konzentratorkraftwerke sind komplexe Systeme. Anstatt spezielle Materialien zu verwenden, um Strom aus einem Solarpanel zu ziehen, setzen sie spezielle Spiegel ein, um Sonnenenergie von einem weiten Punktfeld auf ein viel schmaleres Feld zu lenken, wo sie einen Vorrat an geschmolzenem Salz oder ein spezielles Öl erhitzt.
Die erhitzte Flüssigkeit kann zu einem Kraftwerk geleitet werden, wo sie Wasser zum Sieden bringt, um Dampf zu erzeugen, um eine Turbine anzutreiben und Strom zu erzeugen, wie in einem konventionellen Kraftwerk. Oder die Flüssigkeit kann einfach als Wärme für industrielle Prozesse verwendet werden.
Wenn das teuer und mühsam klingt, ist es auch. Die Auszahlung in Bezug auf kohlenstofffreien Strom kann jedoch enorm sein, teilweise aufgrund des eingebauten Energiespeicherwinkels. Die Obama-Regierung förderte die konzentrierende Solarenergie als Welle der Zukunft der erneuerbaren Energien und verwies auf ihre Fähigkeit, rund um die Uhr emissionsfreien Strom zu liefern.
In Bezug auf die kommerzielle Entwicklung kam nicht viel heraus, nachdem der frühere Präsident Trump sein Amt mit der Mission angetreten hatte, fossile Energie zu fördern. Die Solar Energy Industries Association listet derzeit nur 11 CSP-Anlagen in den USAdarunter mehrere, die während der Obama-Regierung online gingen.
Dennoch förderte das Energieministerium während der gesamten Amtszeit von Trump weiterhin Forschung und Entwicklung im Bereich Solarenergie und CSP-Technologie der nächsten Generation.
Während der Biden-Administration sind weitere Anzeichen für eine Wiederbelebung der CSP aufgetaucht. Eine ermutigende Entwicklung besteht in einem modularen Ansatz, der einige der Probleme bei der Standortauswahl überspringt, die die Branche der konzentrierenden Solarenergie zurückgehalten haben.
Ein weiterer Weg ist der Einsatz von hoher Wärme aus CSP-Anlagen zum Betrieb industrieller Prozesse, und das bringt uns zur jüngsten Runde der CSP-Finanzierung.
24 Millionen US-Dollar, um konzentrierte Solarenergie auf Hochtouren zu bringen
Die neue Finanzierungsrunde wird teilte 24 Millionen Dollar auf 10 Projekte auf in zwei Kategorien.
Eine Kategorie befasst sich mit der Solid-Particle-Technologie, die eine relativ neue Entwicklung in der CSP-Szene ist. Anstelle von geschmolzenem Salz setzt diese Technologie feste Partikel ein, um Sonnenenergie zu übertragen. Eine Schlüsselanwendung ist die Erzeugung hoher Wärme für überkritische Kohlendioxidsysteme.
Überkritisches CO2 ist eine Flüssigkeit, kein Gas. Einer der Vorteile von überkritischen CO2-Systemen ist ihr geringer Platzbedarf, der zu Einsparungen bei den Gesamtsystemkosten führen und einen größeren Anwendungsbereich ermöglichen könnte.
Hohe Hitze schafft neue Material- und Konstruktionsherausforderungen, die es zu lösen gilt, und anscheinend sind die fünf Projekte in dieser Kategorie auf dem besten Weg, sie zu lösen:
GE Research (Niskayuna, NY): Dieses Projekt zielt darauf ab, einen vorläufigen Entwurf eines Kraftwerksblocks mit überkritischem Kohlendioxid (sCO2) zu liefern, der für Gen3 CSP optimiert ist und Feststoffpartikel verwendet.
Mississippi State University (Starkville, MS): Das Projektteam wird ein neuartiges partikelbasiertes thermochemisches Energiespeichersystem für CSP entwickeln.
Sandia National Laboratories (Albuquerque, NM): Dieses Projekt wird Hochtemperatur-Massendurchflusssensoren entwickeln, die feste Partikel verwenden, um thermische Energie für den zuverlässigen Betrieb von Gen3 CSP-Systemen zu bewegen und zu speichern.
Sandia National Laboratories (Albuquerque, NM): Dieses Projekt wird in Zusammenarbeit mit einem Hersteller von Industrieventilen ein modulares Schiebersystem zur Steuerung von Partikelströmen in CSP-Empfängern entwerfen.
Universität von Wisconsin-Madison (Madison, WI): Dieses Projekt zielt darauf ab, einen Prototyp eines Partikel-zu-sCO2-Wärmetauschers unter Verwendung fortschrittlicher Konstruktions- und Fertigungstechniken zu entwickeln.
CSP der nächsten Generation für grünen Wasserstoff
Die anderen fünf Projekte im Fördertopf haben mit industriellen Prozessen zu tun, eines davon ist Wasserstoff. Für diejenigen unter Ihnen, die neu in das Thema Wasserstoff einsteigen, drei Dinge:
1. Wasserstoff ist seit Generationen ein fester Bestandteil moderner industrieller und landwirtschaftlicher Systeme
2. Der globale Wasserstoffmarkt expandiert auch in den Transport und die Stromerzeugung
3. Nahezu die gesamte weltweite Wasserstoffversorgung stammt aus Erdgas und in geringerem Maße aus Kohle und anderen fossilen Quellen
Die Dekarbonisierung von Punkt 1 ist unerlässlich, unabhängig davon, was die Skeptiker über Punkt 2 denken. Die Überarbeitung ganzer Systeme, um vom Menschen produzierten Wasserstoff zu eliminieren, ist ein Weg. Eine andere besteht darin, alternative Quellen für Wasserstoff zu entwickeln, und hier kommt Solarenergie ins Spiel.
Erneuerbarer Wasserstoff kann aus Biogas und anderen organischen Abfällen hergestellt werden. Wasserstoff kann auch aus Industrieabfällen recycelt werden, aber im Moment konzentriert sich ein Großteil der Aktivitäten auf die Elektrolyse, die erneuerbare Energien einsetzt, um Wasserstoffgas aus Wasser zu pressen.
Auf der Seite der Solarenergie bedeutet dies, Strom aus Sonnenkollektoren zu erzeugen und ihn auf Wasser anzuwenden. Ein anderer Ansatz besteht darin, eine photoelektrochemische Reaktion hervorzurufen, indem eine spezialisierte PV-Zelle in Wasser suspendiert wird.
Das Energieministerium interessiert sich für einen dritten Weg, bei dem es um die Art von hoher Wärme geht, die konzentrierende Solarkraftwerke produzieren können. Der Finanzierungstopf in Höhe von 24 Millionen US-Dollar umfasst 2,2 Millionen US-Dollar für die University of Florida, um „einen hocheffizienten und skalierbaren thermochemischen Solarreaktor zur Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser und Sonnenlicht zu entwerfen und zu validieren“.
Wenn Sie sich fragen, warum Sie nicht fossile Energie dafür nutzen sollten, ist die Dringlichkeit der Dekarbonisierung nur ein Teil der Antwort.
Letzten Frühling, CleanTechnica sprach mit John Shingledecker vom Electric Power Research Institute, der erklärte, dass ein High-Heat-CSP-System viel höhere Temperaturen erzeugen kann, als fossile Kraftwerke erzeugen können.
„Viele der Entwicklungen stammen von Dampfkreisläufen oder Kohlekesseln fossiler Kraftwerke, aber sie reichen nur bis 620 Grad Celsius“, sagte er. „Siebenhundert Grad und mehr waren Gegenstand zahlreicher Studien – zum Beispiel fortschrittliche überkritische Technologie, die überkritische CO2-Energiezyklen auf der Grundlage von CO2 als Arbeitsmedium beinhaltet“, sagte er.
Die University of Florida hat geforscht solarbetriebene thermochemische Wasserstofferzeugung seit 2001.
„Solarbetriebene thermochemische Wasserspaltungszyklen (TCWSCs) bieten eine energieeffiziente und umweltfreundliche Methode zur Erzeugung von Wasserstoff. Solarbetriebene TCWSCs nutzen sowohl thermische (d. h. Hochtemperaturwärme) als auch leichte (d. h. Quantenenergie) Komponenten der Solarressource und steigern dadurch die Gesamteffizienz der Energieumwandlung von Solarenergie in Wasserstoff im Vergleich zu solchen mit reiner Wärmezufuhr“, erklären sie .
Mehr Solarstrom – und mehr Einsparungen – für die Schwerindustrie
Die anderen vier Projekte in der Kategorie Industrial CSP zielen auf die Dekarbonisierung der Zementindustrie ab (Heliogen und Sandia National Laboratory), Verbesserung von Lagertanks für geschmolzenes Salz (Solardynamik) und Entwicklung eines neuen chemischen Reaktors zur Dekarbonisierung der Propylenproduktion (University of Maryland).
Wer diese CSP-Systeme verwenden wird, ist eine gute Frage. Bis die Kosten sinken, wird der industrielle Einsatz auf Zuschüsse und Subventionen angewiesen sein.
Auch dafür hat das Energieministerium einen Plan. Das National Renewable Energy Laboratory der Agentur hat gerade eine Roadmap für veröffentlicht Reduzierung der Kosten für Heliostatendie spezialisierten Spiegel, die in einer CSP-Anlage Sonnenenergie sammeln.
„Diese Komponenten machen 30-40 % der Kosten eines CSP-Systems aus, sodass die Senkung der Kosten für Heliostaten einen erheblichen Einfluss auf das DOE-Ziel von 0,05 USD/kWh für CSP-Anlagen bis 2030 haben kann“, erklärt NREL.
Zur Unterstützung dieser Bemühungen arbeitet NREL mit den Sandia National Laboratories und dem Australian Solar Thermal Research Institute an einer so genannten „Solar Thermal Research Institute“. HelioConalso bleiben Sie dran, um mehr darüber zu erfahren.
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Foto mit freundlicher Genehmigung von NREL.
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