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Mescolare il solare con il carbone per ridurre i costi
Un progetto che aggiungerà energia solare a una centrale elettrica a carbone potrebbe ridurre la quantità di carbone necessaria per generare elettricità e ridurre drasticamente il costo dell'energia solare.
Visione solare: Un rendering di un impianto solare proposto nel sito di una centrale a carbone vicino a Grand Junction, CO.
L'approccio, annunciato da Abengoa solare , con sede a Lakewood, CO, e Xcel Energy , la più grande azienda elettrica del Colorado, renderebbe più facile per le aziende di servizi pubblici degli stati soleggiati come la California soddisfare i requisiti statali imminenti di energia rinnovabile.
Il progetto comporterà la costruzione di una serie di specchi parabolici progettati per concentrare il calore del sole e l'utilizzo di tale calore per contribuire a produrre il vapore che aziona le turbine e i generatori della centrale a carbone, producendo elettricità. Tali specchi sono stati utilizzati per decenni per generare elettricità in centrali solari a concentrazione autonome, chiamate anche centrali solari termiche, che sono attualmente la fonte di energia solare più economica. Ma l'abbinamento degli specchi concentratori con una centrale elettrica a carbone offre un modo per rendere questo tipo di energia solare ancora più economico perché gran parte del costo di un impianto solare termico è l'attrezzatura per convertire il calore in elettricità. Il progetto Abengoa Solar utilizzerà caldaie, turbine, generatori e così via esistenti, riducendo questo costo.
La cosa interessante di questo è che devi solo acquistare la parte del campo solare dell'impianto, che è dal 50 al 60 percento del costo dell'impianto, afferma Hank Price, direttore della tecnologia di Abengoa Solar. Ciò potrebbe effettivamente rendere l'energia solare termica di circa il 30-50 percento più economica, secondo varie stime. Ciò equivarrebbe a un intervallo di circa 6-12 centesimi per chilowattora, che è competitivo con molte fonti convenzionali di elettricità. È potenzialmente il modo più conveniente per ottenere una quantità significativa di energia solare sulla rete, afferma.
Nel nuovo progetto, poiché i canali parabolici non generano temperature sufficientemente elevate, il calore che producono non verrà immesso direttamente nelle turbine. Sarà invece utilizzato per preriscaldare l'acqua che verrà immessa nelle caldaie della centrale a carbone, dove il carbone viene bruciato per trasformare l'acqua in vapore. Di solito, questo preriscaldamento viene effettuato travasando del vapore generato dal carbone. Con il nuovo design, più di quel vapore può essere diretto alla turbina per generare elettricità. L'effetto netto è che viene utilizzato meno carbone per generare una data quantità di elettricità e il sistema potenziato riduce le emissioni di anidride carbonica tanto quanto un impianto solare termico autonomo con la stessa matrice di dimensioni, ma a un costo molto inferiore, afferma Craig Turchi, un ingegnere senior nel programma di energia solare concentrata presso il National Renewable Energy Lab di Golden, CO.
Questa non sarà la prima volta che il solare termico e i combustibili fossili vengono abbinati. Diversi impianti solari termici sono stati realizzati con il gas naturale come fonte di energia di riserva in modo che, tra l'altro, la produzione possa essere mantenuta nelle giornate nuvolose. Ma l'integrazione del solare termico con le centrali elettriche esistenti ha un paio di vantaggi. Il primo è il risparmio sui costi che deriva dall'utilizzo di turbine e generatori esistenti. Un secondo vantaggio è la possibilità di operare con efficienze più elevate. Le turbine e i generatori negli impianti solari termici sono ottimizzati per funzionare alle temperature generate dagli specchi parabolici (almeno nei progetti attuali), che sono inferiori a quelle generate negli impianti alimentati a combustibili fossili: circa 400°C contro 500°C o più alto. L'utilizzo di turbine a temperatura più elevata nelle centrali a carbone si traduce in una maggiore efficienza: circa il 45 percento dell'energia nel calore generato dal carbone e dai concentratori solari combinati viene convertita in elettricità, rispetto a solo il 38 percento del calore con un tipico impianto solare. impianto termale.
Un altro approccio all'integrazione dell'energia solare con gli impianti a combustibili fossili è stato adottato nei progetti in Nord Africa, due dei quali sono in costruzione dalla società madre di Abengoa Solar, Abengoa, con sede in Spagna. In questi progetti, il calore solare termico viene immesso in impianti alimentati a gas naturale a ciclo combinato progettati tenendo conto dell'input solare. Una turbina è azionata da gas che si espandono mentre il gas naturale viene bruciato e il calore generato dalla combustione del gas naturale viene utilizzato per produrre vapore che aziona una seconda turbina. Il calore solare-termico viene utilizzato per aiutare a generare questo vapore, migliorando l'efficienza complessiva dell'impianto.
Sebbene questi approcci offrano un modo per ridurre il costo dell'energia solare, la loro portata sarà limitata. Al massimo, il contributo dell'energia solare negli impianti esistenti non sarà probabilmente superiore al 10-15 percento dell'elettricità prodotta, afferma Turchi. Per il progetto Colorado, che è un progetto dimostrativo relativamente piccolo, la quota sarà più o meno del 3%, anche se può essere aumentata installando una gamma più ampia di specchi. Inoltre, le uniche centrali a carbone che possono essere potenziate dal solare sono quelle in zone soleggiate con abbastanza terreno nelle vicinanze per ospitare gli array di specchi.