פריצת דרך ספרדית ברתמת אנרגיה סולארית | מדע | סמית'סוניאן - מאמרים, מדע, כוכב הלכת שלנו, 40 שנה

בין שדות החיטה הירוקים, חורשות האלונים ועצי הזית העתיקים של אנדלוסיה, חוות אנרגיה סולארית ענקית מנצנצת כמו ים כסוף. אפילו תחת שמיים מעוננים, מערכי המראות והמגדלים המסיביים המשתרעים על פני שלושה מיילים רבועים הם מראה מעצור.

תוכן קשור

משהו חדש תחת השמש

עשרים קילומטרים מערבית לסביליה, חוות השמש Solúcar, שהוקמה על ידי חברת אבנגואה, היא חלק מהדחיפה של ספרד לייצר יותר אנרגיה ממקורות מתחדשים. האומה מייצרת כיום עד 3.65 גיגה-ואט כוח מהשמש, השנייה בעולם אחרי גרמניה. אותם ג'יגה וואטים מהווים כשלושה אחוז מכוח המדינה, האחוז הגבוה ביותר בעולם. (ארצות הברית מייצרת פחות מאחוז מהאנרגיה שלה מהשמש.) תפוקת השמש של ספרד צפויה לעלות בשלוש השנים הבאות לשבעה ג'יגה וואט, שיספקו כעשרה מיליון איש - האוכלוסייה המשולבת של מדריד וברצלונה - עם חשמל במהלך היום.

חוות Solúcar הינה טכנולוגיות חלוציות המשוכפלות בארצות הברית, כולל אנרגיה סולארית מרוכזת, או CSP. בעוד שפאנלים סולאריים מסורתיים משתמשים בתאים פוטו-וולטאיים כדי להמיר את קרני השמש ישירות לחשמל, CSP מוציאה גדות מראות ענקיות למיקוד קרינת השמש; החום האינטנסיבי מניע טורבינות קיטור, מייצר חשמל בתהליך דומה לזה שמשמש במפעלים מפוטרים או מפוטרים, אך ללא פליטת גזי החממה.

באתר Solúcar, שני מגדלי בטון - האחד בגובה 50 קומות, השני 35 - אוספים אור המשתקף על ידי 1, 879 מראות זכוכית אדירות, שכל אחת מהן 33 רגל וגובהה 40 מטר. המראות, המכונות heliostats, מכסות כ- 345 דונם. הם פונים לדרום ופונים לעקוב אחר השמש כשהיא חוצה את השמים.

מגדל CSP הקטן יותר החל לספק כוח בשנת 2007, הגדול יותר במאי 2009. יחד הם מייצרים 31 מגה וואט. עד 2013, כאשר Solúcar מסיים להוסיף מפעל מגדל נוסף ומתקנים אחרים, אבנגואה מצפה שמתקן ה- CSP ייצור 300 מגה-וואט, מספיק אנרגיה להעצמת 220, 000 בתי אב, או כל סביליה המטרופולינית.

"מפעלי המגדלים המסחריים האלה הם ייחודיים בעולם", אמר לי ולריו פרננדס, מנהל התפעול של סולוקר, במשרדו המשקיף על שדות המראות. (הוא לא ספר מגדל כוח קטן וחמישה מגה-ואט שהופעל בלנקסטר בקליפורניה על ידי החברה האמריקאית eSolar, או מגדל הפגנה שממשלת ספרד מנהלת באלמריה. "" היום, לעומת זאת, הם בחופשה, "הוא נוסף בכתף.

כשיורד גשם או מעונן - כמו יום מרץ האפור הקריר שביקרתי בו - מתקן השמש נכבה. אבל תצלומים של אתר CSP במיטבו הם אחרים בעולם: מגדלים הזוהרים במוטות אור, השפעה הנגרמת על ידי אור שמש משתקף העוברת באדי מים ואבק באוויר. למרות שאתה עשוי לחשוב שדרום ספרד הוא אתר אידיאלי לאנרגיה סולארית, אמר פרננדס כי החברה מצפה כי מזג אוויר גרוע יפחית או יפסיק את ייצור האנרגיה סביב 80 יום בשנה, בדרך כלל בין נובמבר למרץ.

"אם אנו מבקשים לייעל את האנרגיה הסולארית, ישנם מקומות טובים יותר מסביליה, " אמר לי פרננדס. הוא החווה למפת קיר של העולם עם להקות מוצלות המייצגות פוטנציאל לאנרגיה סולארית: אנדלוסיה הייתה שזופה, מדבר מוג'אבה מקליפורניה ונבהדה חום, והסהרה עדיין כהה יותר.

"למוג'אווה יש קרינת שמש גבוהה בכ -30 אחוז מכפי שיש לנו כאן, כך שהתקנת אותם מפעלים שם תפחית את עלות החשמל ב -30 אחוז, " אמר. היעילות אף גבוהה יותר לסהרה הצורכת, שם שואפים אבנגואה ודזרטק, קונסורציום אירופי, לבנות מתקני שמש שיספקו כוח לאירופה באמצעות כבלים מתחת לים התיכון.

פרננדס הניף מדף הספרים חתיכת צינור פלדה בגודל שלושה אינץ 'והושיט לי. זה היה מהצינור שבו מים הופכים לאדים על גבי מגדל CSP, והם נצבעו בשחור. "ככל שהם שחורים יותר, " הסביר, "כך הם סופגים קרינה טובים יותר."

סטטי ההליו מרכזים את קרינת השמש בצורה יעילה עד כדי כך שהטמפרטורות על פני צינורות המקלט עלולים להגיע לגובה של 3, 600 מעלות פרנהייט, כשליש מטמפרטורת פני השמש. "לרוע המזל הפלדה הייתה נמסה והמקבל נשבר, " אמר פרננדס ביובש. חומרים קרמיים עשויים לעמוד בחום כזה, הוא המשיך, אך הם טרם פותחו ונבדקו. כך שבימים בהירים מפעילי הצמחים מכוונים את הליו סטטי כדי להגביל את אור השמש המופנה אל המגדלים ולשמור על הטמפרטורה סביב 570 מעלות - שפע של חם לייצור אדים מהמים, הרתיחים על 212 מעלות.

בזמן שפרננדס הסיע אותי ברחבי הקמפוס של סולוקר, עצרנו באתר הבנייה לסולנובה 1, הראשון מבין חמישה מתקני CSP המתוכננים כאן לשימוש בטכנולוגיית שוקת פרבולית. סולנובה 1 תפרוס מראות בצורת שקתות רדודות, אורכן כל כמה מאות מטרים וגובהן כשני מטר, בשורות מקבילות כמו שורות של סרטים מבריקים עצומים. בנקודת המוקד של כל מראה תפעל צינור שקוף מלא בשמן סינטטי. המראות יכוונו את אור השמש אל הצינורות, והשמן המחומם ישמש להרתיחת מים לקיטור מונע טורבינה.

עזבתי את סולנובה 1, ראיתי מערך עצום של לוחות פוטו-וולטאיים. למרות שהחלונות מספקים כשלושה מגה-וואט חשמל - די בכדי לספק 2, 200 בתי אב - סולוקאר לא הדגישה פוטו-וולטאיקה. "פוטו-וולטאי אינו מוביל לטכנולוגיה שיכולה לאגור אנרגיה אלא בסוללות", אמר פרננדז. זה יקר מדי.

מערכת אחסון יעילה יותר מוצגת במתקן TES (לאחסון אנרגיה תרמית) של Solúcar, העושה שימוש באנרגיה סולארית מרוכזת בכדי לחמם מיכלי ענק של מלחים מותכים, בעיקר נתרן ואשלגן, לכ -570 מעלות. המלחים שומרים על חום עד שש שעות, כלומר ניתן לשחרר אותו לאחר שהשמש שוקעת. שיטת אחסון זו יכולה לפתור, לפחות חלקית, את האתגר הקשה ביותר של אנרגיה סולארית: אספקת חשמל בלילה.

יכולת השמש הסוערת של ספרד הייתה תלויה בתמיכה ממשלתית רבת עוצמה. (מפעלי CSP, למשל, עולים בערך פי שניים מהבנייה וההפעלה של מפעלים קונבנציונליים עם פחם.) הסבסוד של ממשלת ספרד לספקי אנרגיה סולארית - מהנדיבים בעולם - פועל ליותר מ- 1.5 מיליארד יורו, או כמעט 1.9 מיליארד דולר בשנה.

בארצות הברית ממשלות פדרליות ומדינות מספקות תמריצים כספיים קטנים יותר ליחידים, חברות כוח סולאריות וכלי עזר. מתקני שוקת פרבולית בקליפורניה ובנוואדה מייצרים כבר יותר מ -370 מגה-וואט, ואבנגואה מתכננת מפעל של 282 מגה-וואט בטכנולוגיה דומה ליד פיניקס, אמר ריס טיסדייל, מנהל מחקר סולארי לחקר אנרגיה מתעוררת בקיימברידג ', מסצ'וסטס. בקליפורניה, נבדה, ניו מקסיקו, קולורדו, צפון קרוליינה ופלורידה מוצעים שוקות פרבוליות חדשות, פוטו וולטאיות ו- CSP.

חוות סולארית מסיבית אחת, המשתמשת במגדלים ובהליסטטים ומבטיחה לייצר 392 מגה וואט כוח, מיועדת לבנייה, כן, במדבר Mojave בדרום קליפורניה, אם היא תעבור ביקורות סביבתיות של מדינות ופדרליות.

"אם אתה רוצה להיות אופטימי, " אמר טיסדייל, "יכולים להיות עד שמונה ג'יגוואט שיסופקו על ידי תחנות כוח סולאריות [בארצות הברית] עד 2025." זה יספיק בכדי לשלטון עיר אמריקאית המונה שישה מיליון אמריקאים (אמריקאים) השתמש יותר חשמל מאשר ספרדים) וחסוך 37, 260 חביות נפט או 11, 000 טון פחם ביום.

ריצ'רד קובינגטון כותב מביתו ליד פריז.

על גבי מגדלי השמש, אור השמש המרוכז, המפוזר דרך אדים ואבק, מרתיח מים להנעת טורבינות קיטור. (דניס דויל / Getty Images)

דונם של מתקן סולוסאר, עם מראות, ממקד את קרני השמש ליצירת טמפרטורות של 570 מעלות, ויוצרים אנרגיה אך לא פליטות מזיקות. (מייקל מלפורד / החברה הגאוגרפית הלאומית / קורביס)