Keskittävät aurinkovoimalat

Abstract

Keskittävän aurinkovoiman määrä on kasvanut paljon viime vuosien aikana, mutta sen osuus suhteessa muihin uusiutuviin energiamuotoihin, kuten aurinko- ja tuulivoimaan, on vielä melko pieni korkean sähkön tuotantohinnan takia. Sähkön tuotantohinnan laskemiseksi keskittävään aurinkovoimaan kannattaa integroida lämpövarasto. Latentti-, termokemialliset ja uudet tuntuvat lämpövarastot voisivat korvata käytössä olevat tuntuvat lämpövarastot. Voimalaitoksien hyötysuhteita olisi myös hyvä kasvattaa. Hyötysuhteen nostaminen olisi helpointa keskittävässä aurinkovoimassa nostamalla prosessilämpötiloja. Prosessilämpötilojen kasvattaminen vaatisi kuitenkin parempia lämmönsiirtofluideja, säteilykerääjiä, absorptioputkia ja peilirakenteita. Lämmönsiirtopuolella tulevaisuudessa uudet sulasuolaseokset, nestemäiset metallit, nanofluidit, kaasut tai partikkelit voisivat korvata nykyiset lämmönsiirtoon käytetyt sulasuolaseokset ja termoöljyt. Volumetriset ja partikkelisäteilykerääjät voisivat olla vaihtoehtoinen ratkaisu aurinkotorneissa käytetyille putkisäteilykerääjille. Voimantuottopuolella voitaisiin tulevaisuudessa siirtyä käyttämään Rankine-höyryprosessin sijasta ylikriittistä Brayton prosessia, jossa kiertoaineena toimisi hiilidioksidi. Vaikka tällä hetkellä parabolisien kourukerääjien tuotantokapasiteetti on kaikista isoin keskittävistä aurinkovoimatyypeistä, voi aurinkotorneista tulla tulevaisuudessa suosituin tapa tuottaa keskittävää aurinkovoimaa.

The amount of concentrating solar power has grown significantly in recent years, but its share compared to other renewable energy sources such as solar and wind power is still relatively small due to high electricity prices. To lower the electricity price of concentrating solar power, it is recommended to integrate thermal storage. Latent, thermochemical, and new sensible thermal storage options could replace currently used sensible thermal storage. It would also be beneficial to increase the efficiency of power plants. In concentrating solar power, increasing the process temperatures would be an easy way to raise the efficiency. However, increasing the process temperatures would require better heat transfer fluids, solar receiver, absorption tubes, and mirror structures. In the future, new molten salt mixtures, liquid metals, nanofluids, gases, or particles could replace current molten salt mixtures and thermal oils used for heat transfer. Volumetric and particle solar receivers could be an alternative solution to tube radiation collectors used in solar towers. In power generation, it could be possible to switch to using the supercritical Brayton cycle instead of the Rankine steam cycle, with carbon dioxide as the working fluid. Although currently the production capacity of parabolic trough collectors is the largest among all concentrating solar power types, solar towers could become the most popular way to produce concentrating solar power in the future.