Saulės energija net naktį: Kinija Gobio dykumoje elektrai kaupti pasitelkė išlydytą druską

Kinija Gobio dykumoje pradėjo vienos didžiausių pasaulyje hibridinių saulės elektrinių komercinius bandymus. Vieno gigavato galios komplekse sujungtos įprastos fotovoltinės saulės baterijos ir koncentruotos saulės energijos sistema, leidžianti dalį dieną surinktos energijos panaudoti jau nusileidus saulei.

Svarbiausia projekto naujovė slypi ne pačiuose saulės moduliuose, o energijos kaupimo būde. Dieną pagamintos energijos perteklius nėra kaupiamas įprastose ličio jonų baterijose. Vietoje jų naudojama išlydyta druska, galinti ilgą laiką išlaikyti itin aukštą temperatūrą ir vėliau sukauptą šilumą paversti elektros energija.

Į Gobio dykumoje vystomą projektą investuota apie 420 mln. eurų. Tikimasi, kad visu pajėgumu veikiantis kompleksas per metus pagamins apie 2,07 teravatvalandės elektros energijos. Toks kiekis, projekto vystytojų vertinimu, galėtų patenkinti maždaug 830 tūkst. namų ūkių metinį elektros poreikį.

Veidrodžiai įkaitina druską iki 550 laipsnių

Didžiąją elektrinės galios dalį sudaro įprasti fotovoltiniai moduliai, kurie dienos metu saulės šviesą tiesiogiai paverčia elektros energija. Tačiau šalia jų įrengta ir 100 megavatų galios koncentruotos saulės energijos sistema, dar vadinama CSP.

Šioje sistemoje tūkstančiai specialiai išdėstytų veidrodžių seka saulę ir nukreipia jos spindulius į vieną centrinį tašką. Sutelkta šviesa įkaitina sistemoje cirkuliuojančią druską iki maždaug 550 laipsnių Celsijaus.

Įkaitusi druska vėliau laikoma didelėse izoliuotose talpyklose, kurios padeda kuo ilgiau išsaugoti sukauptą šilumą. Saulei nusileidus arba sumažėjus saulės modulių gamybai, ši šiluma naudojama vandeniui kaitinti ir garams gaminti.

Susidarę garai suka turbinas, kurios gamina elektros energiją panašiai kaip įprastose šiluminėse elektrinėse. Skirtumas tas, kad šiluma gaunama ne deginant anglį, dujas ar kitą iškastinį kurą, o panaudojant anksčiau saulės energija įkaitintą druską.

Elektrą į tinklą galės tiekti iki aštuonių valandų po saulėlydžio

Projekto vystytojų teigimu, išlydytos druskos kaupimo sistema turėtų leisti elektrinei gaminti elektrą iki aštuonių valandų po to, kai tiesioginė saulės energijos gamyba sumažėja arba visiškai sustoja.

Tai padeda spręsti vieną didžiausių saulės energetikos problemų. Įprasti fotovoltiniai moduliai daugiausia elektros pagamina dienos metu, tačiau vartojimas nebūtinai sutampa su saulėčiausiomis valandomis. Vakare, kai žmonės grįžta namo, įjungia buitinę techniką ir padidėja elektros poreikis, saulės elektrinių gamyba kaip tik pradeda sparčiai mažėti.

Hibridinė sistema leidžia dalį dieną sukauptos energijos atidėti vakarui ir nakčiai. Fotovoltiniai moduliai dieną tiekia didžiąją dalį elektros, o išlydytos druskos sistema perima dalį gamybos tada, kai saulės šviesos nebeužtenka.

Nors koncentruotos saulės energijos sistema sudaro tik dešimtadalį viso komplekso galios, jos vaidmuo svarbus ne dėl didžiausios momentinės gamybos. Pagrindinė jos paskirtis – užtikrinti ilgesnį ir tolygesnį energijos tiekimą.

Kuo išlydyta druska skiriasi nuo ličio baterijų?

Ličio jonų baterijos šiuo metu dominuoja naujų trumpalaikių energijos kaupimo sistemų rinkoje. Jos ypač tinkamos tada, kai reikia greitai sukaupti ir per kelias valandas atiduoti didelį elektros energijos kiekį.

Tačiau ilgesniam energijos saugojimui tokios baterijos gali tapti gerokai brangesnės. Kuo daugiau valandų sistema turi tiekti elektrą, tuo didesnės baterijų talpos reikia, o kartu auga ir viso projekto kaina.

Hami projekto vadovas Niu Jianle aiškina, kad ličio baterijos dažniausiai naudojamos trumpalaikiams elektros poreikio svyravimams suvaldyti, o CSP šilumos kaupimo sistemos gali pasiūlyti didesnę talpą ir ilgesnį energijos tiekimo laiką. Be to, eksploatuojant išlydytos druskos sistemą tiesiogiai neišskiriama šiltnamio efektą sukeliančių dujų.

Vis dėlto išlydytos druskos technologija nėra universali baterijų pamaina. Jai reikia didelės teritorijos, stiprios ir pastovios tiesioginės saulės spinduliuotės, sudėtingos veidrodžių sistemos bei aukštoje temperatūroje veikiančios infrastruktūros. Dėl šios priežasties tokie projektai labiausiai tinka sausiems ir saulėtiems regionams, tokiems kaip Gobio dykuma.

Kaina išlieka svarbiausiu klausimu

Nors technologija leidžia gaminti saulės energiją ir po saulėlydžio, jos ekonominis konkurencingumas dar nėra savaime garantuotas. Iki šiol koncentruotos saulės energijos elektrinėse pagaminta kilovatvalandė dažnai kainavo daugiau nei elektra iš įprastų fotovoltinių modulių.

Papildomas iššūkis kyla dėl mažėjančių ličio baterijų kainų. Baterijų gamybai plečiantis ir technologijoms tobulėjant, trumpalaikio kaupimo sistemos tampa vis pigesnės, todėl CSP projektams tenka įrodyti savo naudą būtent ilgesnio energijos saugojimo srityje.

Hami projekto rezultatai turėtų parodyti, ar hibridinis modelis gali veikti ne tik techniškai, bet ir ekonomiškai. Jeigu elektrinė patikimai gamins planuotą elektros kiekį ir išlaikys konkurencingą kainą, panašūs kompleksai galėtų būti statomi ir kituose daug saulės turinčiuose regionuose.

Tačiau jeigu eksploatavimo, priežiūros ir statybos išlaidos bus pernelyg didelės, išlydytos druskos technologija gali likti nišiniu sprendimu, tinkamu tik išskirtinėms geografinėms sąlygoms.

Pasauliui reikia energiją kaupti ne valandomis, o dienomis

Gobio dykumos projektas yra dalis gerokai platesnių pastangų rasti būdų, kaip atsinaujinančiąją energiją kaupti ilgesnį laiką. Saulės ir vėjo elektrinių gamyba priklauso nuo oro sąlygų, todėl energetikos sistemos turi būti pasiruošusios ne tik kelių valandų, bet kartais ir kelių dienų mažos gamybos laikotarpiams.

Ličio jonų baterijos sudaro apie 90 proc. naujai įrengiamų trumpalaikio energijos kaupimo sistemų. Jos išlieka itin konkurencingos, kai elektrą reikia tiekti maždaug dvi–keturias valandas, tačiau kelių parų energijos atsargoms sukurti jų gali prireikti labai daug.

Ilgalaikio energijos kaupimo specialistai prognozuoja, kad iki 2040 metų pasauliui gali reikėti nuo 1,5 iki 2,5 teravato tokio kaupimo pajėgumų. Be šių sistemų visiškai atsisakyti iškastiniu kuru kūrenamų elektrinių būtų sudėtinga, nes dujų ar anglių elektrinės vis dar naudojamos kaip atsarginis šaltinis, kai nepakanka saulės ir vėjo energijos.

Todėl kartu su baterijomis vystomos ir kitos technologijos: hidroakumuliacinės elektrinės, vandenilio gamyba, suslėgto oro sistemos, gravitaciniai kaupikliai bei šiluminis kaupimas išlydytoje druskoje.

Investicijos gali siekti trilijonus

Perėjimas prie ilgalaikio energijos kaupimo pareikalaus ne tik technologinių sprendimų, bet ir milžiniškų investicijų. Skaičiuojama, kad kelių teravatų pasauliniam kaupimo pajėgumui sukurti gali prireikti nuo vieno iki trijų trilijonų JAV dolerių.

Šios investicijos apimtų ne tik pačius kaupiklius, bet ir naujus perdavimo tinklus, transformatorines, valdymo sistemas bei infrastruktūrą, reikalingą dideliems atsinaujinančiosios energijos kiekiams paskirstyti.

Kinija į tokius projektus investuoja ne vien dėl klimato tikslų. Didelės kaupimo sistemos taip pat padeda mažinti priklausomybę nuo importuojamo kuro, stabilizuoti elektros tinklą ir panaudoti atokiuose dykumų regionuose pagamintą energiją.

Ar tokia technologija būtų naudinga Lietuvai?

Lietuvoje išlydytos druskos saulės elektrinė, panaši į pastatytą Gobio dykumoje, greičiausiai nebūtų praktiškiausias sprendimas. Mūsų šalyje mažiau tiesioginės saulės spinduliuotės, daugiau debesuotų dienų, o žiemą saulės energijos gamyba smarkiai sumažėja.

Koncentruotos saulės energijos sistemoms reikia ne tik dienos šviesos, bet ir stiprių tiesioginių saulės spindulių, kuriuos veidrodžiai galėtų tiksliai nukreipti į centrinį imtuvą. Išsklaidyta šviesa pro debesis tokioms elektrinėms yra gerokai mažiau naudinga.

Tačiau pats principas Lietuvai išlieka aktualus. Didėjant saulės ir vėjo elektrinių skaičiui, vis svarbiau tampa ne tik pagaminti žaliąją energiją, bet ir išsaugoti ją tam laikui, kai gamyba sumažėja. Lietuvai tai gali reikšti baterijų parkus, hidroakumuliaciją, šilumos kaupimą, vandenilio technologijas ir glaudesnį elektros tinklų sujungimą su kitomis Europos valstybėmis.

Kinijos projektas parodo, kad energetikos ateitis gali priklausyti ne nuo vienos universalios technologijos, o nuo skirtingų sprendimų derinio. Vienur geriausiai veiks baterijos, kitur – hidroakumuliacinės elektrinės, o itin saulėtuose regionuose energiją po saulėlydžio gali padėti tiekti net iki 550 laipsnių įkaitinta druska.