ENERGIJA

Pripremio: Jozef Baruhović

Solarne elektrane

Sahara neiscrpni izvor

Pustinje sa intenzivnim sunčevim zračenjem, vrlo slabo naseljene i najčešće vrlo prostrane, idealni su prostori za izgradnju solarnih elektrana (SE). Te uslove ispunjava najveća pustinja na svetu -Sahara. Po površini nešto manja od polovine Afrike, oko13 miliona km2, nenaseljena, bez biljnog i životinjskog sveta, severno od polutara i sa intenzivnim sunčevim zračenjem preko cele godine, ima sve uslove da se pretvori u neiscrpnu riznicu energije. Sunce na prostore Sahare, tokom cele godine, isporučuje 4-6 kWh/m2/dan

Mogućnosti dobijanja električne energije u Sahari su takve da zastaje dah. Izračunato je da se od solarnih elektrana koje bi pokrivale manje od 0,5% teritorije pustinje, što odgovara površini od oko 65.000 km2, može dobiti sva energija koju svet sada troši! Jedna petine te teritorije dovoljna je da podmiri potrebe EU u električnoj energiji.

U severnom delu Sahare i Mediterana mogu se izgraditi na desetine SE koje bi prenosile električnu energiju u Evropu. Istovremeno, električna energija bi se koristila u postrojenjima za desalinizaciju morske vodu za potrebe tamošnjih države.

Trenutna cena električne energije proizvedena u SE je dva do tri puta skuplja u odnosu na cene energije proizvedene u klasičnim elektranama. Ali, treba naglasiti da su te cene dobijene prema do sada uobičajenom postupku obračuna koji ne uključuje štetu od ispuštenog CO2 u atmosferu, štetnost po zdravlje i ekološko zagađivanje prostora oko klasičnih elektrana, rudnika i naftnih polja, nesigurnost u isporuci klasičnih fosilnih goriva. Sa druge strane, predstoji rad na tehnološkom usavršavanju SE. Procene su da će, tokom naredne dekade, cena kWh iz obnovljivih SE sa sadašnjih 9-12 centa pasti na 6 centa.

Dodatno, SE ne proizvode CO2 i ekološki su prihvatljive, ne pojačavaju efekat staklene bašte, grade se u udaljenim pustinjskim predelima koji su neupotrebljivi za bilo koju drugu delatnost. Sporedni pozitivni efekti izgradnje SE mogu da budu i izgradnja postrojenja za desalinizaciju morske vode koja bi koristila energiju iz SE.

Veliki tehnički problem vezan za korišćenje Sahare je kako izvršiti prenos energije do potrošača, velikih urbanih i industrijskih centara Evrope. Rešenja se već naziru; podmorski kablovi velike propusne moći, napona 900 kV i dužine 540 km za jednosmernu struju između Švedske i Holandije već su u pogonu. Transkontinentalni dalekovodi napona 756 kV za naizmeničnu struju u Rusiji prenose električnu energiju na rastojanja od preko 1.000 km pa izgradnja transevropske prenosne mreže i kablova po dnu Sredozemnog mora može postati stvarnost u narednoj deceniji.

Pustinje i neiskorišćeni prostori postoje u severnoj Africi, Južnoafričkoj Republici, jugoistočnom delu SAD, Indiji, Izraelu, na Bliskom istoku, Kini, Australiji, Španiji. Studija koju je, januara 2007.godine, objavilo Američko društvo za sunčevu energiju ukazuje da se iz pustinja na jugo-zapadu SAD može dobiti 7.000 GW električne energije, što je sedam puta više od sadašnje instalisane snage u SAD.

Istorijat SE

Arhimed je 212. godine p.n.e. koristio štitove, ispolirane do visokog sjaja, da bi koncentrisane sunčeve zrake usmerio u pravcu rimske flote koju je hteo da spali pošto su Rimljani opsedala Sirakuzu, njegov rodni grad.

“Luz International”, američko-izraelska kompanija je 1980. izgradila devet solarnih elektrana u Kaliforniji, u pustinji Mohava, instalisane snage 354 MW. Poređenja radi, HE “Đerdap” ima ukupnu instalisanu snagu 1.200 MW.

Solarna elektrana sa paraboličnim ogledalima

Solarna elektrana PS10 u Sevilji, Španija

Iste godine je u Mohava pustinji izgrađena SE “Solar One” sa energetskim tornjem i heliostatskim ogledalima, snage oko 10 MW. SE je zahvatala površinu od 72.648 m2 i imala je 1.818 ogledala. Od tada je izgradnja novih SE uglavnom obustavljena. Jedan od razloga je relativno niska cene fosilnih goriva i neusavršena tehnologija izgradnje. Na planu izgradnje SE nastupilo je zatišje sve do početka 21. veka kada je u SAD, 2003. u pustinji Nevada, puštena u rad SE instalisane snage 64 MW. U Španiji su puštene u rad 2007. dve solarne elektrane ukupne instalisane snage 31 MW.

“Solar Milenium”, nemačka kompanija za izgradnju SE, ugovorila je sa španskom vladom izgradnju dve solarne elektrane ukupne snage 2x50 MW, što treba da zadovolji potrebe u električnoj energiji 50.000 domaćinstava.

Razlog duge stagnacije izgradnje SE, pored niske cene fosilnih goriva, leži i u činjenici da su pustinjska područja u svetu udaljena od gradskih i industrijskih centara tako da su potrebna znatna ulaganja u prenosne mreže.

Izgradnja SE, posle skoro dve decenije, doživljava renesansu, posebno u Španiji i jugo-zapadnom delu SAD. Poslednjih godina iskristalisala su se četiri tehnička rešenja i sva se zasnivaju na koncentrisanom sunčevom zračenju.

SE sa paraboličnim ogledalima

Iznad dugačkog reda paraboličnih ogledala (nekoliko stotina metara u jednoj liniji) postavljaju se cevi, prijemnici toplote, na žižinoj udaljenosti od ogledala. Ogledala prihvataju sunčevo zračenje i prate kretanje Sunca tako da se cevi-prijemnici nalaze uvek u žiži paraboličnih ogledala. Kroz cevi-prijemnike prolazi radni fluid pod pritiskom. Fluid se zagreva do temperature od 400 C i potom predaje toplotu izmenjivaču toplote gde se proizvodi para. Para pokreće lopatice parne turbine koja je povezana sa elektro-generatorom. U poslednjoj fazi, turbina-generator SE je identična sa klasičnom termo elektranom (TE). SE sa paraboličnim ogledalima snage 2x140 MW pokriva površinu od oko 7,4 km2.

SE sa energetskim tornjem i heliostatskim ogledalima

Veliki broj heliostatskih ogledala (600 i više) prihvataju sunčevo zračenje i usmeravaju ga na energetski toranj, visok preko sto metara. Tako stvorena temperatura (preko 1.000 C) prenosi se na radni fluid, koji može biti voda, vazduh ili rastopljene soli. Fluid se pod visokom temperaturom dovodi u izmenjivač toplote. Dalji postupak je isti kao i kod klasične TE. I kod jednog i kod drugog rešenja potrebno je uskladištiti toplotu da bi SE mogla da isporučuje električnu energiju i tokom noći i u vreme oblačnih dana. Za sada se kao akumulatori toplote koriste istopljene natrijumove soli a, od čvrstih materijala, beton i grafit. Za SE snage 50 MW potrebna je posuda veličine 14x38 m koje može da primi 28.500 t istopljenih soli.. Autonomija rada sa skladištem takvog kapaciteta iznosi oko 7 sati.

U SAD se planira izgradnja SE snage 400 MW sa energetskim tornjem i heliostatskim ogledalima, na osnovu iskustava stečenih na postojećem probnom postrojenju u Izraelu, u pustinji Negev. SE snage 10 MW i 20 MW, izgrađene u Španiji imaju 1.200 heliostatskih ogledala a SE “Nevada Solar One“, snage 64 MW, zauzima površinu 1 km2.

SE sa tanjirastim solarnim kolektorima

Više tanjirastih solarnih kolektora (u obliku satelitske tv antene) postavljeni su na zajednički ram. Kolektori prihvataju sunčeve zrake i usmeravaju ih ka fotoelektričnom panelu, postavljenom na žižnoj udaljenosti od kolektora. U žiži kolektora koncentrisano sunčevo zračenje pojačava se 400 do 500 puta i pretvara u električnu energiju. Kod ovog tehničkog rešenja koristi se manji broj fotoelektričnih ćelija projektovanih za više temperature. Umesto ćelija može se postaviti “Sterlingov” motor koji radi na principu zagrejanog vazduha i koji je povezan sa električnim generatorom. SE sa tanjirastim solarnim kolektorima prate kretanje Sunca i mogu se koristiti kao zasebne jedinice, odnosno u sklopu većih sistema.

SE sa “Fresnelovim ogledalima“ (kao kod svetionika)

Princip rada je isti kao i kod tehničkog rešenja sa paraboličnim ogledalima. Ali, umesto parabolične geometrije ogledala, ovde su solarna ogledala postavljena u jednoj ravni. Time se znatno smanjuje prostor za smeštaj ogledala i snižava cena izgradnje SE. SE sa paraboličnim ogledalima i SE sa energetskim tornjem omogućavaju i hibridni rad SE, tj. zajedno sa gasnom elektranom tako da je omogućena isporuka električne energije tokom 24 časa.

Dalja istraživanja i tehničke inovacije podrazumevaju: izradu efikasnijih ogledala sa nižom proizvodnom cenom, savršeniji sistem praćenja putanje Sunca, usavršavanje tehnike čišćenja solarnih ogledala, izradu lakših i jednostavnijih nosača konstrukcija solarnih ogledala i efikasniji prenos toplote sa radnog fluida na vodu/paru koja pokreće lopatice turbina..

Jozef Baruhović