Sluneční high-tech Andasol 1

Jaké jsou reálné možnosti nejmodernějších slunečních elektráren? Skutečně mohou v budoucnu nahradit jadernou energii a fosilní paliva?

Sluneční elektrárny se v minulých týdnech opakovaně objevovaly v médiích, a to v souvislosti se široce mediálně publikovanými pokusy o sestavení konsorcia finančně silných soukromých investorů, kteří by byli schopni a ochotni převzít politická a podnikatelská rizika futuristického energetického projektu DESERTEC.

Čtenářům, kterým pojem DESERTEC nic neříká, přeformuluji hlavní vizi projektu: jedná se o výstavbu velkého množství slunečních elektráren (celkový instalovaný výkon 100 000 MWe) v oblasti Středozemí, Blízkého východu a severní Afriky s cílem pokrývat v roce 2050 až 15% evropské spotřeby elektřiny ze solárních zdrojů. Samozřejmě mimo vlastní výroby tento projekt musí rovněž vyřešit transfer odpovídajícího množství elektřiny do Evropy, v tomto případě pomocí linek ultra vysokého stejnosměrného napětí.

Výrobní základna DESERTEC má být založena na elektrárnách s koncentračními slunečními kolektory, které pro výrobu elektřiny využívají klasické parní turbíny. Jedná se o solidní a ověřenou technologii. První komerční elektrárny tohoto typu jsou již dvacet let v provozu v Mohavské poušti v Kalifornii.

Andasol 1, první elektrárna tohoto druhu v Evropě, byla uvedena do zkušebního provozu ve Španělsku koncem loňského roku, slavnostní zahájení provozu proběhlo 1.7.2009. 

Elektrárna Andasol 1 v závěrečné fázi výstavby (jaro 2008)
Zdroj: Solar Millennium AG

Jedná se o zajímavé technické dílo, které opravdu stojí za pozornost.Základní parametry elektrárny Andasol 1

Poloha:
	Skal-ET
	624
Elektrárna

Jak to funguje aneb zapomeňte na fotovoltaiku  V podstatě se jedná o běžnou parní elektrárnu. Místo kotle je však instalován solární okruh s počítačově řízenými parabolickými zrcadly odrážejícími sluneční paprsky na absorpční trubice, kterými protéká teplonosné médium (speciální syntetický olej). Za optimálních podmínek může teplota oleje dosáhnout až 400°C. Olej je čerpán do parogenerátoru, kde předává tepelnou energii vodě cirkulující v sekundárním okruhu elektrárny. Vzniklá pára pohání turbínu s generátorem a následně kondenzuje v kondenzátoru, který je chlazen samostatným vodním okruhem s chladícími věžemi.  

Ideové technologické schéma elektrárny Andasol 1
Zdroj: Solar Millennium AG 

Za zmínku stojí vložený technologický okruh s přídavným tepelným výměníkem uvnitř solárního okruhu. Tento okruh slouží pro dodávku tepelné energie do zásobníku tepla v průběhu dne a odběr energie v průběhu noci. Toto řešení zvyšuje provozuschopnost elektrárny v průběhu roku zhruba na dvojnásobný počet hodin oproti řešení bez akumulace tepla.

Provoz Andasol 1 v průběhu dne (dodávka energie do zásobníku tepla)
Zdroj: Solar Millennium AG

Zásobník tepla sestává ze dvou nádrží naplněných směsí tekutého dusičnanu sodného (60%) a dusičnanu draselného (40%). Celkové množství tepelného média činí 28 500 tun. Ve dne je akumulační médium přečerpáváno ze „studené“ nádrže (290°C) do „horké“ nádrže, přičemž prochází tepelným výměníkem, kde se ohřívá teplonosným médiem solárního okruhu na požadovanou „akumulační teplotu“ (390°C). V noci je cirkulace obrácená a akumulační tepelné médium ze zásobníku tepla předává v tepelném výměníku energii teplonosnému médiu solárního okruhu. Tepelná kapacita zásobníku je ohromující: 375 MWh = 1,35 TJ. 

Provoz Andasol 1 v průběhu noci (odběr energie ze zásobníku tepla)
Zdroj: Solar Millennium AG 

Výhody elektrárny Andasol 1Solární elektrárny se po celou svoji historii potýkají se zásadním problémem nepředvídatelnosti výroby energie v průběhu dne, a samozřejmě s přerušením výroby v noci. Vzhledem ke gigantickému zásobníku tepla, který je schopen udržet elektrárnu na plném výkonu po dobu 7,5 hodin bez vnějšího přívodu sluneční energie, je tento problém do značné míry vyřešen (na rozdíl od stávajících fotovoltaických zdrojů). Díky tomu obdržela energetická společnost Endesa od španělského síťového operátora REE povolení k dodávce elektřiny do španělské sítě 400 kV.

Solární jednotky Andasol 1 (7 488 kolektorů, 209 664 parabolických zrcadel)
Zdroj: Solar Millennium AG 

Nevýhody elektrárny Andasol 1
Solární elektrárna využívá obnovitelný zdroj s nízkou koncentrací energie a nemůže překročit své fyzikální a ekonomické limity. I s využitím zásobníku tepla vykazuje poměrně nízký roční koeficient využití instalovaného výkonu Kv = 41%, což odpovídá ročnímu provozu cca 3500-3600 hodin na plném výkonu. Moderní uhelné a jaderné elektrárny vykazují hodnoty Kv = 90%, což odpovídá ročnímu provozu cca 7900 hodin na plném výkonu, tj. při stejném instalovaném výkonu vyrobí za rok 2,2-krát více elektrické energie. 

Achillovou patou, především z hlediska projektu DESERTEC, může být voda. Celková roční spotřeba vody je vyčíslena na 870 000 m3 (průměrně 27,6 l za vteřinu). Nesmíme zapomínat, že se v podstatě jedná o klasickou parní elektrárnu, pro kterou neodvolatelně platí: bez vody není elektřina. Většina vody nenávratně mizí v atmosféře odparem v chladících věžích. Autoři technických podkladů použili velmi přiléhavý příměr: spotřeba vody odpovídá pěstování pšenice na pozemku elektrárny. I naprostému laikovi je jasné, že zajištění každodenního zavlažování obilných lánů např. na Sahaře opravdu není jednoduchá záležitost. 

Trochu ekonomického realismu
Původním smyslem obnovitelných energetických zdrojů (OZE) bylo omezit produkci elektrické energie z fosilních paliv a ušetřit strategické suroviny, především uhlí a zemní plyn, pro další generace. V případě ideologicky a politicky motivovaného přístupu k energetice je prvořadým cílem OZE vytlačit jaderné zdroje z energetického mixu a radikálně snížit emise CO2. Podívejme se tedy na možné perspektivy optikou nejmodernější evropské sluneční elektrárny:

Podle dostupných údajů činily investiční náklady Andasol 1 zhruba 300 milionů eur. Pro orientační srovnání uvádím, že v České republice byly investovány do výstavby dvou bloků jaderné elektrárny Temelín (2x1000 MWe) celkem 4 miliard eur. Nahradit Temelín s roční výrobou 12 200 GWh solárními elektrárnami Andasol 1 by stálo cca 20,3 miliard eur (529 miliard korun), tedy více než polovinu výdajů českého státního rozpočtu. 

Limity solární energie
Už z těchto „sedláckých počtů“ je zřejmé, že případné radikální navýšení počtu slunečních elektráren v evropském energetickém mixu, např. dle scénáře projektu DESERTEC, by bylo technicky nereálné (jednotky tisíc nových slunečních elektráren typu Andasol 1 do roku 2050) a ekonomicky „neufinacovatelné“. Alespoň dle názoru autora článku. Předpokládané náklady projektu DESERTEC jsou prozatím odhadovány na 400 miliard eur, tj. 10,4 bilionů korun. 

Andasol 1 je vlajkovou lodí současné solární energetiky. Pokrokové technické řešení otevřelo zcela nové perspektivy solárních energetických zdrojů. Nicméně je nutné zachovat realistický přístup. Musíme respektovat skutečnost, že i „energetika alternativních zdrojů“ má své fyzikální, technické a ekonomické limity. Může tedy částečně přispět k řešení energetických problémů budoucnosti, tzn. může vhodně doplňovat budoucí energetický mix jaderných a fosilních elektráren, avšak nemá šanci tyto zdroje v plné míře nahradit. 

(Psáno pro server Nazeleno.cz a blog.iDNES.cz) 

Petr Nejedlý