První solární věž v Německu

Dostal jsem tip na zajímavý výzkumný solární projekt s žádostí o komentář. Jedná se o demonstrační solární věžovou elektrárnu v Německu.

Umístění elektrárnyElektrárna je instalována ve městě Jülich v Severním Porýní-Vestfálsku, poblíž francouzsko-německé hranice, přibližně 25 km severovýchodně od Aachenu (Cáchy). Základní technologická koncepce solární elektrárny se zásobníkem tepla je v principu stejná jako u španělské elektrárny Andasol 1, kterou jsem prezentoval na blogu před rokem.Způsob využití sluneční energieV odkazované elektrárně Andasol 1 jsou k výrobě tepla využívány koncentrační sluneční kolektory (parabolická zrcadla), v jejichž ohnisku je vedeno potrubí s cirkulujícím speciálním olejem jako teplonosným médiem. V elektrárně Jülich jsou sluneční paprsky koncentrovány do absorbéru o ploše 22 m2 instalovaného na vrcholu 60 m vysoké věže, s využitím 2 153 počítačově řízených pohyblivých rovinných zrcadel (tzv. heliostatů) o celkové ploše 18 000 m2. Zrcadla jsou instalována na ploše 8 hektarů.

Solární věžová elektrárna ve městě JülichZdroj: Solarturmkraftwerk JülichZákladní technická koncepce elektrárnyPrimárním teplonosným médiem je vzduch, který je nasáván z venkovního prostředí skrz absorbér dovnitř věže. Vlastní absorbér je sestaven z modulů vyrobených z porézního keramického materiálu. V absorbéru se vzduch zahřívá na teplotu přibližně 680°C a následně vstupuje do tepelného výměníku vzduch-voda (parogenerátoru), v kterém se vyrábí pára s parametry 480°C, 26 bar. Sekundární (parní) okruh je obdobný jako u standardních parních elektráren. Výkon generátoru činí 1,5 MWe. Funkce elektrárny je prezentována na následujícím technologickém schématu.

Zjednodušené technologické schéma solární elektrárny Jülich:Zdroj: Solarturmkraftwerk JülichAkumulační zásobník teplaNezbytnou podmínkou pro zajištění stabilního provozu elektrárny je zásobník tepla, který je umístěn ve dvou patrech věže a instalován v  tepelně izolované ocelové nádrži. V zásobníku se nachází keramický materiál s vysokou tepelnou kapacitou. Při zvýšené intenzitě slunečního záření prochází horký vzduch zásobníkem a zahřívá vnitřní keramické části. Naopak při snížené intenzitě slunečního záření je teplo ze zásobníku využíváno pro ohřev procházejícího chladného vzduchu.

Zjednodušené schéma vnitřního uspořádání solární elektrárny Jülich:Zdroj: Solarturmkraftwerk JülichLimity zvoleného technického řešeníPodle tiskové zprávy německého Ministerstva životního prostředí č. 269/2009 činí plánovaná roční výroba elektrárny 1 000 MWh, což odpovídá ročnímu koeficientu využití instalovaného výkonu pouhých Kv = 7,6% (660 hodin provozu na plném výkonu za rok). Zmiňovaná elektrárna Andasol 1 dosahuje Kv = 41% (3600 hodin na plném výkonu za rok), ovšem za cenu značné finanční investice do gigantického zásobníku tepla s kapacitou 7,5 hodin provozu s nominálním výkonem (375 MWh). V případě elektrárny Jülich je tepelný zásobník dimenzován pouze na 1 hodinu provozu (1,5 MWh). Podle dostupných informací může být zásobník konstrukčně nadimenzován až na několik hodin provozu, což by znamenalo zvýšení množství vyrobené elektřiny, tudíž i vyšší koeficent využití.

Pro orientační srovnání s konvenční energetikou uvádím, že moderní uhelné a jaderné elektrárny běžně vykazují hodnoty Kv > 90% (více než 7900 hodin za rok na plném výkonu).
Důvod poddimenzování zásobníku tepla je zřejmý. Na rozdíl od Andasol 1 projektanti elektrárny Jülich nikdy nepočítali s plnohodnotným energetickým provozem výhradně na „sluneční pohon“. Předpokládá se zařazení „doplňkového“ tepelného zdroje ve formě plynového kotle popř. plynové turbíny na zemní plyn nebo bioplyn. V tomto případě se tedy bude vlastně jednat o hybridní elektrárnu. Zůstává otázkou, jaké množství elektrické energie bude v reálném provozu vyráběno z plynu a jaké skutečně ze slunečního záření.
Projekt DESERTEC
Autoři projektu elektrárny počítají s nasazením technologie věžových solárních elektráren v rámci futuristické vize DESERTEC, výrazně podporované environmentálním křídlem německých politiků, lákajících potenciální evropské investory a průmyslové firmy. Další solární věž by měla být postavena a testována pod německou patronací v Alžírsku. Vzhledem k předpokládanému množství vyrobené elektřiny je zřejmé, že v podmínkách střední a severní Evropy je naprosto nereálné rozsáhlejší nasazení těchto elektráren. Nelze srovnávat nesrovnatelné, nicméně čistě teoreticky by za elektrárnu Temelín s roční výrobou 14 milionů MWh muselo být postaveno 14 000 slunečních věží jako v Jülichu, přičemž cena této demonstrační elektrárny činila 21,7 milionů Euro. V případě nasazení elektráren ve vybraných oblastech jižní Evropy a severní Afriky lze docílit poměrně významných úspor primárního energetického zdroje, například zemního plynu, ovšem ani v těchto optimálních přírodních podmínkách nemůže elektrárna zajistit stabilní výrobu energie bez výrazného příspěvku jiných primárních zdrojů.
Budoucnost solárních věží
Solární věžová elektrárna v Jülichu je zajímavý technický projekt. Stále se však jedná o výzkumné prototypové zařízení a nikoliv o energetický zdroj k reálnému použití. Z energetického hlediska zdaleka nedosahuje kvantitativních ani kvalitativních parametrů vícekrát zmiňované španělské elektrárny Andasol 1. Mnoho čtenářů bude asi zklamáno, ale ani elektrárna v Jülichu není tím bájným technologickým zlomem, který má doširoka otevřít bránu výraznějšímu zastoupení solárních obnovitelných zdrojů energie v energetickému mixu.
(Psáno pro blog.iDNES)
Petr Nejedlý