Năng lượng mặt trời Nóng hơn

Siemens có vẻ đang cắt giảm chi phí và tăng hiệu quả nhiệt điện mặt trời.

Nhà máy nhiệt điện mặt trời tạo ra hơi nước nóng hơn có thể thu năng lượng mặt trời nhiều hơn. Đó là lý do tại sao Siemens đang nghiên cứu nâng cấp công nghệ nhiệt mặt trời để đẩy giới hạn nhiệt độ lên cao hơn 160°C so với các thiết kế hiện hành. Ý tưởng nhằm mở rộng việc sử dụng muối nóng chảy, mà nhiều nhà máy đã sử dụng để lưu trữ phần nhiệt dư. Nếu ý tưởng này chứng tỏ khả thi, nhiệt độ hơi nước của nhà máy sẽ được nâng lên tới540°C, nhiệt độ tối đa tua bin hơi nước có thể chịu được.

Nhiệt nóng chảy: Những gương parabol tại Sicily làm nóng muối nóng chảy, cho phép tạo ra hơi nước nóng hơn 175°C so với hơi nước tạo ra bởi các nhà máy nhiệt điện mặt trời hiện tại. Ảnh: Enel

Thiết kế nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời mới của Siemens, cũng như các nhà máy nhiệt điện năng lượng mặt trời tầm cỡ đang hoạt động hiện tại, là thu nhiệt từ mặt trời thông qua các dãy gương parabol dạng lõm rồi tập trung ánh sáng mặt trời vào các ống hấp thụ nhiệt bằng thép.Điểm yếu củathiết kế là dùng dầu tổng hợp chảy qua các ống và truyền tải nhiệt thu được cho các máy phát điện: mà dầu tổng hợp này lại bịphân hủy ở nhiệt độ trên 390°C, thấp hơn nhiệt độthiết kế của nhà máy.

Khởi đầu các hãng BrightSource, eSolar, và Solar Reserve đề xuất cách tránh nhiệt độ giới hạndầutổng hợp bằng cách xây dựng cái gọi là nhà máy tháp điện, trong đó sử dụng các cánh đồng gương để tập trung ánh sáng mặt trời lên một tháp trung tâm.Tuy nhiên, Siemens hy vọng sẽ nâng cấp việc thiết kế gương lõm, thay đổi trong việc dùng muối nóng chảy ổn địnhnhiệtđể thunhiệttừcácgương lõm. Kết quả thiết kế không chỉ hiệu quả hơn so với các nhà máy đang dùng gương lõm hiện tại,mà giá thành xây dựng còn rẻ hơn. "Bước logic tiếp theo là chỉ cần thay thế dầu bằng muối", người quản lý chương trình công nghệ muối nóng chảy của Siemens, ông Peter Mürau, phát biểu.

Người khổng lồ kỹ thuật Đức thực sự sẽ là tay chơi thứ hai cố gắng đẩy muối nóng chảy qua các ống thu năng lượng mặt trời. Mùa hè năm ngoái, hãng dịch vụ công cộng Enel của Ýđã bắt đầu vận hành muối nóng chảy tại một cánh đồng khoảng 30.000 mét vuông các gương lõm, kế bên nhà máy điện chạy bằng khí tự nhiên của hãng gần Syracuse, Sicily. Muối nằm trong 5.4 kmđường ống thu nhiệt ở nhiệt độ 565°C, nâng sản lượngnhà máy điện lên 5 phần trăm.

Nhà máy Enel sử dụng ống thu nhiệt của hãng Archimede Sola Energyở Italia, nhà sản xuất duy nhấtvề ống thu nhiệt được thiết kế để vận hành muối nóng chảy. Ống thu nhiệt của họ sử dụng một lớp ổn định nhiệt metalloceramic để tối đa hóa việc hấp thụ nhiệt, cùng với ống thép ổn định titan dày hơn để chống uốn cong ở nhiệt độ cao. Paolo Martini,giám đốc phát triển kinh doanhcủa Archimede, nói rằng các nhà máy đang hoạt độngtốt. Enel lên kế hoạch xây dựng một nhà máy 30-megawatt ở Sicily.

Từ năm 2009, Siemens đã góp cổ phần được 45 phần tram trong Archimede, nhưngchỉ nằm ở quy mô thí điểm để tối ưu hóa khái niệm muối nóng chảytrước khi chào bán các nhà máy quy mô thương mại cho các khách hàng toàn cầu. "Chúng tôi tin tưởng bản thân công nghệ sẽ vận hành được. Nhưng còn rất nhiều việc cầnphải làm để tối ưu hóa tính kinh tế.", ông Mürau nói.

Siemens đang xây dựng một nhà máy thí điểm muối nóng chảytrên cơ sở của trường Đại học Evora ở Bồ Đào Nha. Nhà máy sẽ được vận hành vào đầu năm tới. Nhà máy này– một phần của hiệp hội nghiên cứu của Đức bao gồm người khổng lồ muối và hóa chấtK+SAGvà Trung tâm Vũ trụ Đức– sẽ được dùng để làm giảm đi các tổn thất năng lượng gây ra do cả hai trường hợp nhiệt độ cao nhất và thấp nhấtmà một nhà máy thương mại sẽ gặp phải trong tương lai.

Về phía nhiệt độ cao, các tổn thất là do nhiệt thu được từcác ống thu nhiệt sẽ bị mất đi trước khi truyền đến tua bin của nhà máy. "Sự mất nhiệt là một đường cong theo cấp hàm mũ,vànó tăng rất dốc ở nhiệt độ cao hơn,"Müraugiải thích.Siemens sẽ tìm cách đạt được nhiệt độcao nhất có thể mà không phải quá cao để những thiệt hại lớn hơn những lợi ích mang lại từviệc dùng hơinóng hơn.

Thách thức phía nhiệt độ thấp xuất phát từ điểm đóng băng của muối nóng chảy khá cao. Hỗn hợpcủa muối kali và natri nitrat nóng chảy được sử dụng trong hệ thống lưu trữ nhiệt và trong nhà máy mẫu của Enel đóng băngkhinguội đi dưới 220°C. Đóng băngdễ dàng được ngăn chặntrongcác bồn lưu trữ năng lượng tập trung, nhưng sẽ cực kỳ nguy hiểm trong những kmtrải dàicủa ống thu nhiệt. Để chống lại mối đe dọa đóng băng, nhà máy Eneldùng lượng nhiệt đáng kểthu từ năng lượng mặt trời để duy trì nhiệt độ muốitrongống trên 290°Cthay vì để phát điện.Müraucho biết Siemensđang tìm kiếmmột công thức muối với điểm đóng băng 150°C hoặc thấp hơn,có nghĩa làhọ sẽ phải sử dụng lượng nhiệt ít hơn nhiều để ngăn ngừa các ống bị đóng băng.

Nếu nỗ lực của Siemens thành công, các nhà máy gương lõm nung muối nóng chảy có thểgiảm chi phí phát điện hơn 10 phần trăm so với một nhà máy chạy dầu, theo Mürau.(Ước tính hiện nay chi phí nhiệt năng lượng mặt trờithay đổi từ 13 đến 20 cent/ kWh,vẫn còn cao hơn đáng kể so với năng lượng được tạo ra bởi các nhiên liệuhóa thạch.) Việc cắt giảm chi phí đến từ cả hai phần: sự gia tăngphần trăm ở thế hệtua bin chạy trên hơi nướcnónghơn,vàchi phí xây dựng thấp hơn.

Tuy nhiên, một số chuyên gia cho rằng nguy cơ đóng băng vẫn có thể là kẻ giết các thỏa thuậnthương mại hóa các nhà máy muối nóng chảytrên. ThomasMancini, người quản lý chương trình về tập trung năng lượng điện mặt trời của Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia, nói rằngôngvẫn còn "nghi ngờ" việc sử dụngmuối nóng chảy trong các ống thu nhiệt do các mối đe dọabị đóng băng. Mancini nói rằng ngay cả ở 100°C (nhiệt độsôi của nước), vẫn có nhiều nguy cơ bị đóng băng.

Nhưng những người khác trong ngành công nghiệp này thì đang nóng lênvề tiềm năngcủamuốinóng chảy. Chẳng hạn trong thángGiêng này,SkyFuel ở Colorado đã khởi động một nỗ lực Nghiên cứu Phát triển(R&D)trị giá 4,3 triệu đô, được hỗ trợ bởi Bộ Năng lượng Mỹ, để nhân rộng sản phẩm gương lõm phim kim loại dùng cho các ống thu nhiệt độ cao.