Концентрированные-солнечные системы  (CPS) имеет потенциал для снижения стоимости возобновляемой энергии и обеспечения доступной регулируемой энергии в любое время суток.

Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) и Министерство энергетики США (DoE) работают над следующим поколением установок CPS в рамках планов DoE по достижению стоимости энергии в 5 центов за кВт/ч, говорится в заявлении для прессы.

На пути к выполнению поставленной цели правительственное агентство США выделило NREL 2 миллиона долларов на разработку прототипа системы, способной использовать огромный энергетический потенциал расплавленных солей, одновременно нейтрализуя их коррозионную активность.

Солнечная тепловая электростанция в Неваде.Mlenny/iStock

Что такое концентрированная солнечная энергия?

Концентрированные-солнечные системы использует большой массив зеркал, или гелиостатов, для направления солнечного света на коллекторные башни, которые накапливают энергию в виде тепла в песке, камнях или расплавленной соли. Поскольку в ней используется долговременный тепловой накопитель, она может отправлять энергию в любое время суток, и это особенно полезно в тех районах, которые могут использовать традиционную солнечную фотоэлектрическую энергию (солнечные батареи) в часы пик. Спрос на энергию обычно достигает пика ближе к закату, когда солнечные панели начинают производить меньше энергии - явление, известное как "кривая утки".

Министерство энергетики определило три ключевые области внедрения технологий CPS: хранение тепла в жидкостях, таких как расплавленные соли, в частицах, похожих на песок, а также в газах. Расплавленные соли обладают большим потенциалом, поскольку они практичны в работе и легко перемещаются по трубам и теплообменникам.

Однако на пути создания CPS на основе расплавленной соли стоит ряд практических проблем. Например, материал вызывает коррозию и может привести к повреждению резервуаров в процессе передачи тепловой энергии. Однако, по словам Крейга Турчи, возглавляющего исследования в области науки и технологий тепловой энергии в NREL, ученые "фактически решили эту проблему. Разработчики провели серьезную работу по изучению химического состава соли, в результате чего им удалось максимально очистить ее от примесей  и сделать ее практически неагрессивной.

Технология хранения тепловой энергии на основе расплавленных солей - это эффективный, надежный и экономически выгодный способ хранения солнечной энергии в промышленных масштабах. Фото Джулианны Боден, Министерство энергетики США

Использование энергии расплавленных солей

Министерство энергетики США выделило NREL 2 миллиона долларов на создание прототипа резервуара, в котором будет использоваться дополнительная изоляция для поддержания высокой температуры расплавленных солей, застывающих при температуре 752°F (400°C).

Как правило, в подобных коммерческих системах используются нитратные соли, однако они начинают разрушаться, когда температура в системе достигает определенного уровня. Поэтому для того чтобы добиться более эффективного преобразования энергии команда NREL заменил нитратные соли хлоридами.

Эта новая технология является важным развитием усилий ученых. "На высоком уровне, - пояснил доктор Юян Чжао, ведущий разработчик, - мы соединяем фундаментальную науку с будущей инженерией. Мы не создаем дизайн компонентов, но пытаемся выяснить основы, такие как химия и знание материалов, чтобы предоставить информацию, позволяющую людям лучше проектировать системы".

Благодаря внедрению новых технологий стоимость концентрированных-солнечных систем снизилась на 47 процентов в период с 2010 по 2019 год, и цена продолжает снижаться. Более того, данные разработки могут способствовать значительному прогрессу в других областях, помимо CPS.

По словам Керри Риппи, эксперта NREL по неорганической химии, "существует множество потенциальных направлений, в которых это исследование может быть полезным. Например, для синтеза солнечного топлива, для высокотемпературных топливных элементов, а также для ядерной промышленности, которая очень заинтересована в этих исследованиях".

Хотя технологии CPS еще предстоит пройти определенный путь в своем развитии, в конечном итоге она может стать альтернативой солнечной фотоэлектрической энергии с гораздо большим потенциалом.

Источники:
https://www.nrel.gov/news/program/2022/next-gen-concentrating-solar-power-research-heats-up-at-nrel.html