Slyšeli jste o sluneční elektrárně pracující v noci? Není to vtip ani podvod. Solární energetika prochází bouřlivým vývojem, zbavuje se svých dětských nemocí a přichází s novými technologiemi, které boří stará omezení.
3,85·1023 kW. To je odhadovaný zářivý výkon Slunce. Na Zemi z něj dopadá pouhá půlmiliardtina. I to by však stačilo na uspokojení světové roční spotřeby elektřiny za pouhých šest a půl minuty. Na čtvereční metr zemského povrchu připadá průměrný příkon jedné kilowaty. Tato energie k nám přichází bez nutnosti těžit, spalovat, platit nebo vypouštět emise. A nad tím nelze mávnout rukou. Světová poptávka po elektřině vzrostla za poslední třicet let tři a půl krát a my ji přitom doposud z 67% uspokojujeme spalováním fosilních paliv.
Světová poptávka po elektřině vzrostla za poslední třicet let tři a půl krát. Z 67% ji přitom stále uspokojujeme spalováním fosilních paliv.
Získávání elektřiny ze slunce se dnes ubírá dvěma základními směry. Oba se snaží svými prostředky bojovat s neduhy solární energetiky. Vědci a vývojové týmy pracují na zvyšování účinnosti stávajících technologií a snižování jejich ceny. A hlavně intenzivně řeší problém s nestálostí dodávek v průběhu času. Větru, dešti, noci ani poptávce neporučíme, takže je potřeba najít efektivní způsob skladování energie.
Dvě cesty
První používanou skupinu technologií představují nám všem dobře známé fotovoltaické panely. Ty se využívají k přímé přeměně slunečního záření na elektrickou energii a jsou nejčastěji používány jako decentralizované zdroje. Dnešní výzkum se soustředí na zvyšování jejich účinnosti a nahrazení drahého křemíku levnějšími materiály. Pracuje se také na efektivnějších palivových článcích, které v době nadbytku rozkládají vodu na kyslík a vodík, aby v okamžiku potřeby mohly získat energii zpět jejich opětovným sloučením.
Druhým směrem je technologie CSP neboli koncentrovaná sluneční energie. Soustava zrcadel nebo čoček koncentruje sluneční záření do určitého místa, ve kterém dochází k ohřevu pracovní kapaliny. Tou je zpravidla olej, ale používají se také soli. Zahřátá kapalina odchází do izolovaného zásobníku a od tohoto bodu již systém pracuje jako klasická tepelná elektrárna. Kapalina předává ve výměníku teplo páře, která pohání turbínu roztáčející generátor. Zkoušejí se však jiné možnosti, například přímý ohřev Stirlingova tepelného motoru.
Větru, dešti, noci ani poptávce neporučíme, takže je potřeba najít efektivní způsob skladování energie.
Elektrárny využívající technologie CSP mají oproti fotovoltaickým systémům tři velké výhody. Zpravidla disponují vyšším instalovaným výkonem. Díky zásobníku ohřáté pracovní kapaliny si umí poradit s uskladněním energie. A umožňují také hybridní provoz. Při něm je elektrárna schopna během oblačných dní nebo v noci přejít na spalování bioplynu, dřevní štěpky nebo třeba zemního plynu. Tím se z ní stává spolehlivý a plně regulovatelný energetický zdroj.
Ve dne v noci
Na andaluských pláních nedaleko Sevilly je z dálky vidět zářící vrchol sto čtyřicet metrů vysoké štíhlé věže. Nepozemsky vyhlížející stavba je součástí unikátní elektrárny Gemasolar uvedené do provozu v loňském roce. Kolem věže je v soustředných kruzích rozmístěno 2650 heliostatů (zrcadel) s celkovou odraznou plochu 340 tisíc metrů čtverečných. Zabírají plných 185 hektarů půdy. V průběhu dne sledují pohyb slunce a jeho paprsky odrážejí na vrchol věže.
Zde dochází k ohřevu pracovní kapaliny, v tomto případě roztavené soli. Ta získává teplotu až pěti set stupňů celsia a putuje do izolovaného zásobníku, který má dostatečnou kapacitu na to, aby zajistil zálohu běhu elektrárny na plný výkon po dobu patnácti hodin. Tím se Gemasolar stává první solární elektrárnou, která je schopna pracovat v noci a poskytovat stabilní výkon i v oblačných dnech.
Gemasolar je díky tomu průkopnickým projektem, přestože jeho výkon 19,9 MW není nikterak omračující. Vystačí však ke spolehlivému zásobování dvaceti pěti tisíc španělských domácností čistou elektřinou. Nevýhodou této koncepce zůstávají poměrně vysoké investiční náklady. Ty se u tohoto pilotního projektu vyšplhaly do výše dvou set třicet milionů eur.
122,5 MW nového výkonu
Trochu odlišnou koncepci CSP budou využívat tři nové solární elektrárny, které ve Španělsku aktuálně buduje společnost Siemens. Jejich špičkový výkon bude padesát, padesát a dvacet pět a půl megawatty. Zrcadla jsou v nich uspořádána do jakýchsi dlouhých žlabů. Ty se v průběhu dne naklápějí podle toho, jak po obloze putuje slunce. V ohniskové linii žlabů je vedeno potrubí kolektoru, jímž protéká olej, který je zářením ohříván na teploty kolem čtyř set stupňů celsia. Jeho oběh zajišťuje čerpací stanice. Ohřátý olej přichází rovnou do výměníkové stanice, kde svou tepelnou energii odevzdává páře pohánějící turbínu.
Tato koncepce efektivně využívá zastavěnou plochu, obejde se bez centrální věže a v některých instalacích může postrádat i zásobník ohřátého oleje. Výhodou takového řešení je nižší investiční náročnost. Úlohu zásobníku může v čase bez slunečního svitu suplovat druhý tepelný zdroj. Jedna z nových španělských elektráren bude například používat spalování biomasy. Nabídne tak čistou energii z obnovitelných zdrojů i plnou regulovatelnost.
Článek vznikl pro časopis Visions (Visions 02/2012, http://www.siemens.cz/visions/). V případě zájmu o použití textu prosím kontaktujte pražské Tiskové centrum koncernu Siemens.
