Systemy heliotermiczne wracają do łask? Zapowiedziano nowe projekty!

Raport dotyczący rozwoju systemów CSP został przedstawiony przez organizację EurObserv'ER, która zajmuje się analizą rozwoju OZE na terenie Unii Europejskiej. Dokument zatytułowany “Solar thermal and concentrated solar power barometers” przedstawia sytuację branży systemów CSP na terenie Europy w latach 2022-23. 

Czym są systemy CSP?

CSP (Concentrated Solar Power) to instalacje, które wykorzystują lustra lub soczewki do skupiania promieniowania słonecznego w jednym punkcie. Taki krok ma na celu zwiększenie wydajności systemu poprzez nakierowanie rozproszonych promieni słonecznych w jedno, konkretne miejsce, czyli w stronę wymiennika ciepła. Może być on zlokalizowany zarówno pod samym soczewkami, jak i w innym miejscu. Wszystko zależy od rodzaju elektrowni CSP, z jaką mamy do czynienia. Niemniej jednak skupione w ten sposób promieniowanie słoneczne podgrzewa materiał w ognisku promieniowania, a tak wytworzone ciepło jest używane do podgrzania wody (lub innego nośnika ciepła), która w postaci pary zasila turbiny generujące prąd. 

Istnieje wiele różnych rodzajów elektrowni CSP, które nazywane są również heliotermicznymi. Do najbardziej widowiskowych instalacji należą koncentratory wieżowe (wieże słoneczne). budowane są one z wieży, która jest otoczona przez zwierciadła wyposażone w system nadążny. Odbite od zwierciadeł promieniowanie jest skupiane na wymienniku zlokalizowanym na szczycie wieży. Natomiast jednym z bardziej popularnych systemów CSP są koncentratory paraboliczne. Są one wykonane z parabolicznych luster, nazywanych korytami, które ogniskują odbite promieniowanie w umieszczonej powyżej nich rurze wymiennika ciepła. Jedną z odmian tego rozwiązania jest zamiana luster parabolicznych na zwykłe, płaskie lustra, które są ustawione pod różnymi kątami.Taki koncentrator nazwano “liniowym Fresnela”. Zastosowanie zwykłych luster pozwoliło na znaczne zmniejszenie kosztów wykonania takiej elektrowni. To właśnie wykorzystanie parabolicznych lub zwykłych zwierciadeł jest najbardziej popularne w Europie. 

Hiszpańska potęga

Technologia CSP przechodziła prawdziwy renesans w Europie w latach 2010-2013. Znaczny wzrost mocy tego rodzaju elektrowni w tych latach można zaobserwować na infografice stworzonej przez organizację EurObserv’ER.

Jednak po roku 2013 rozwój CSP w Europie gwałtownie wyhamował. Począwszy od roku 2019 nie zainstalowano ani jednej nowej instalacji tego typu. W 2022 roku w Europie uruchomiono tylko jedną elektrownię CSP. Mowa tutaj o SOLINPAR CSP, która znajduje się we Włoszech. Jej maksymalna moc sięga 4,26 MW. Jest to już piąta elektrownia tego typu na Półwyspie Apenińskim. Mimo wszystko najnowsze dane wskazują na to, że technologia CSP nie została przyjęta ciepło w Europie. Instalacje tego typu są skoncentrowane w głównej mierze w Hiszpanii. Jednak również tam ostatnia elektrownia heliotermiczna została uruchomiona w 2013 roku. Niemniej jednak to właśnie Hiszpanie posiadają elektrownie CSP o największych mocach, które dochodzą do 50 MW. Dla porównania, moce instalacji w innych europejskich krajach nie przekraczają 5,5 MW. 

Za taki stan rzeczy odpowiedzialny są głównie sprzyjające warunki pogodowe, jakie panują na Półwyspie Iberyjskim. Duże ilości słońca i wysokie temperatury przez cały rok sprawiają, że elektrownie koncentryczne pracują z stosunkowo dużą wydajnością, a czynniki akumulujące ciepło (tj. woda lub olej) nie zamarzają. Z tego też powodu systemy CSP nie mogą zostać wprowadzone na dużą skalę do krajów chłodniejszych lub takich, które nie charakteryzują się słoneczną pogodą przez większą część roku. Jednak również w Hiszpanii zaprzestano budowy nowych elektrowni heliotermicznych. Nie było to jednak skutkiem nieopłacalności takiego rozwiązania, a zmian w finansowaniu energetyki słonecznej w tym kraju. W latach 2014-2016 rząd zaprzestał intensywnego dofinansowywania branży, co miało miejsce w poprzednich latach. Zamiast tego nałożono na nowe elektrownie słoneczne drakońskie podatki. To wszystko skutecznie osłabiło rozwój rynku odnawialnych źródeł energii w kraju. Przepisy te uległy zmianie dopiero w 2018 roku. 

CSP wraca do łask

Mimo, że Hiszpania nie zbudowała żadnej nowej instalacji CSP od 10 lat, to nadal pozostaje ona światowym liderem pod względem mocy zainstalowanych elektrowni tego typu. Jest to także jedyny kraj Unii Europejskiej, który używa technologii CSP na skalę przemysłową. Według raportu EurObserv'ER na początku 2023 roku na świecie działało 115 elektrowni heliotermicznych, z czego 50 znajdowało się w Hiszpanii. Zdecydowana większość elektrowni heliotermicznych w tym kraju bazuje na koncentratorach parabolicznych. Natomiast inne kraje europejskie, takie jak Francja czy Włochy stawiają na dużo tańsze rozwiązanie w postaci koncentratorów Fresnela. Jest to bezpieczna opcja, ponieważ jest równie wydajna jak zwierciadła paraboliczne, ale przy tym jest dużo tańsza. Jak już wspomniano, w 2022 roku na świecie powstała tylko jedna elektrownia CSP i była to elektrownia wykorzystująca koncentratory Fresnela, zlokalizowana we Włoszech. 

Według raportu lata 2023-2024 mają być znacznie lepsze dla elektrowni heliotermicznych. Obecnie powstaje 8 projektów tego typu na świecie, których łączna moc wynosi 1 357 MW. Zainteresowanie tą technologią wzrosło znacznie w Arabii Saudyjskiej, która charakteryzuje się dużą liczbą godzin słonecznych oraz przestrzenią do budowy wielkoskalowych projektów tego typu. Chęć rozwoju CSP wyraziły również Chiny i RPA. 

Czy to się w ogóle opłaca?

Jednak rozwój systemów CSP jest ograniczony głównie przez brak przestrzeni pod duże elektrownie heliotermiczne oraz konieczność użycia dużych ilości wody lub innego, płynnego nośnika ciepła. Woda w tych systemach jest używana również do chłodzenia turbin parowych i innych elementów instalacji. Wysokie koszty budowy i utrzymania takiej elektrowni obejmują również zakup materiałów odpornych na wysokie temperatury. Dodatkowo, wydajność systemów koncentrycznych zależy w dużej mierze od właściwych warunków pogodowych i takie rozwiązania mogą być aplikowane jedynie w miejscach o największym możliwym nasłonecznieniu. Te wymagania sprawiają, że systemy CSP dużo tracą na rzecz m.in. instalacji fotowoltaicznych. EurObserv’ER w swoim raporcie stwierdza, że przyszłość europejskiej branży CSP będzie opierać się o hybrydyzację. Hiszpańska organizacja Protermosolar apeluje, aby Unia zwróciła większą uwagę na możliwość współpracy instalacji fotowoltaicznych z systemami solarno-termicznymi. Już teraz z takiego rozwiązania korzystają Chińczycy w niektórych elektrowniach - w dzień wykorzystują energię pochodzącą z instalacji PV, a w nocy mogą polegać na energii zakumulowanej pod postacią ciepła w systemach CSP. Również Hiszpanie wprowadzają podobne rozwiązania na swoim podwórku. 

Tak więc systemy heliotermiczne mogą być wykorzystywane do magazynowania energii. O ile jest to zasadne w przypadku Hiszpanii, która posiada imponująco dużo elektrowni tego typu, to czy podobne rozwiązania przyjmą się w innych krajach? Z pewnością większe uzasadnienie ma w tym przypadku ma zastosowanie klasycznych magazynów energii we współpracy z instalacjami PV. Jednak wzrastające zainteresowanie CSP na świecie może zapowiadać powrót do rozwoju tej technologii.

Źródło: “Solar thermal and concentrated solar power barometers”, EurObserv’ER 2023