Słoneczne elektrownie przemysłowe. Czysta energia

zobacz artykuł w formie pdf  zobacz pdfa    

Moc energetyczna wyniesie ok. 100 MW i kosztować będzie ok. 600 mln dolarów. Czy Polska ma możliwość wykorzystania energii słonecznej na skalę przemysłową?

Zmiany klimatyczne są zauważalne gołym okiem i nikogo specjalnie nie trzeba przekonywać, że stereotypy w myśleniu należy odłożyć do lamusa. Jednakże do każdej inwestycji należy zabierać się, dokonując bardzo dokładnej i rzeczowej analizy finansowej. Mówiąc prościej, musimy uzyskać odpowiedź na pytanie: czy to nam się opłaca? Jeśli chodzi o wykorzystanie energii słonecznej to kalkulację musimy rozpocząć od ilości tej energii jaka możemy pozyskać w danym rejonie. Maksymalna dawka napromieniowania (a tak naprawdę – „napromienienia”) wynosi realnie 1180 W/m2. Z tej wartości należy odjąć straty na:

* przechwycenie promieniowania,
* zamianę energii promieniowana na ciepło użytkowe,
* ew. dalsze formy przetwarzania.

Realnie z 1 m2 powierzchni napromienionej można uzyskać ok. 770-780 W/m2. Jednakże wartość ta jest w układzie szczytowym i maleje wraz ze zmianą położenia Słońca na nieboskłonie. Średnią wartość roczną energii przypadającej na jeden metr kwadratowy w przeliczeniu na jeden dzień można szacować na 3,66 kWh/m2. Taka wielkość nie jest specjalnie satysfakcjonująca. Mając jednak odniesienie do gwałtownych zmian klimatycznych i wzrostu napromienienia, a także bardziej skrajnych warunków w okresie miesięcy ciepłych, powyższe dane należy poważnie skorygować. Do tych warunków należy przewidzieć możliwość wzrostu dawki napromienienia, która jest określana tzw. stałą słoneczną – 1366,1 W/m2, ale mierzoną na wysokości stratosfery, w zakresie promieniowania bezpośredniego, prostopadłego do płaszczyzny poziomej.

Trochę historii
Wspomniana na początku artykułu instalacja Shams Power Company złożona z 768 kolektorów lustrzanych, parabolicznych, skupiających w układzie X-Y, jest częściowym systemem heliostatycznym. Powierzchnia instalacji jest zadziwiająca, ponieważ obejmuje obszar 2,5 km2.
Prace nad stworzeniem układów przemysłowych rozpoczęli, oczywiście, Amerykanie, którzy na terenie stanu Kalifornia podjęli pierwsze prace w tym kierunku na początku XX wieku. Dla przypomnienia dodam, że pierwsza instalacja słoneczna, użytkowa, wykorzystana w zwykłym gospodarstwie domowym, również była zastosowana w stanie Kalifornia (USA) w 1891 r. Krajem, który zdał sobie jednak sprawę z olbrzymich zalet układów przemysłowych, były Niemcy. Niemcy jednak postawili nie tylko na technikę, ale też na naukę i praktyczne zastosowanie. Przykładem tego typu działania jest Instytut we Fraiburgu, dzięki którego opracowaniu powstało wiele inwestycji związanych z wykorzystaniem energii słonecznej. Na terenie Bawarii, w miejscowości Pocking, powstała „fabryka prądu stałego”, gdzie na powierzchni ok. 32 ha zainstalowano ogniwa PV- krzemowe do zasilania ponad 3 tysięcy gospodarstw domowych. Twórca tego opracowania, Martin Bucher, uważał, że wyasygnowanie 40 mln EUR nie jest wygórowanym kosztem, ustalając mniej więcej koszt wytworzenia 1 kW na 0,6 EUR. Dla porównania w Polsce określa się koszt 1 kWh na 0,18 EUR, przyjmując jednak sprawność systemu przesyłowego na poziomie 0,33%. Tak naprawdę chcąc wytworzyć 1 kWh czystej energii, musimy policzyć jej 3-krotną wartość. Wynika stąd, że czysta energia w Polsce powinna być realnie szacowana na poziomie 0,54 EUR/kWh. Pierwsza oferta wystosowana przez jednego z „producentów” – dostawców energii elektrycznej w centrum Polski – w 2000 r. sugerowała cenę 0,17 zł/kWh, co stanowiło wówczas 6-krtotnie niższą stawkę dla dostawców zielonej energii elektrycznej. Oczywiście pomysł był słuszny, ale działania zakończyły się na papierze. Był to wówczas pierwszy przetarg na dostawę energii elektrycznej z OZE. Jedynym konkurentem były „elektrownie wodne” oraz „siłownie wiatrowe”, które mogły zaniżać wartość dostarczanej energii elektrycznej. Nie zmienia to faktu, że straty na przesyle (2/3) z przeliczeniowego paliwa pierwotnego były nadal problemem. Zatem konwersja fotoelektryczna i bezpośrednia zamiana energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną wcale nie była taka łatwa do policzenia.

Zalety
Niewielkie systemy energetyczne, ale z niezależnym zasilaniem, stały się idealnym antidotum w czasie wielu klęsk żywiołowych, takich jak: powodzie, wichury i pozrywane energetyczne linie przesyłowe, przeciążenia sieci i awarie w czasie silnych upałów… Właśnie lokalne układy alternatywnych źródeł energii pozwalały na zasilania w takich miejscach jak stacje benzynowe, sztaby kryzysowe, punkty medyczne czy szpitale.
Warto odnieść się w takim wypadku do sytuacji w Polsce, gdzie w latach 2010 i 2013 gwałtowne oblodzenie linii elektroenergetycznych odcięło dopływ energii elektrycznej na terenie całego województwa zachodniopomorskiego. Właściciele domów jednorodzinnych i garaży z napędami elektrycznymi mechanizmów bramowych nie mogli po prostu otworzyć drzwi i bram. Gdyby były w takim wypadku zastosowane systemy PV i układy UPS, nie byłoby problemu.
Widać zatem w takich sytuacjach, że systemy instalacji przemysłowej muszą mieć swoje minimalne zapewnienia funkcjonowania. Myśląc więc o sieci, trzeba pamiętać o całkowitym systemie zasilania. Pierwsze systemy przemysłowe były wykonywane na bazie testowania. Instalacja słoneczna w Łowiczu (1999 r.), wpięta w układ sieci miejskiej z podwójnym opomiarowaniem, pozwalała na zapewnienie energii cieplnej ze słońca do zasilania hotelu, restauracji oraz ośrodka szkoleniowego.
Patrząc na polskie możliwości oraz doniesienia z „placu budowy”, wiodącym miastem staje się Ruda Śląska, gdzie przekazano instalację o powierzchni ok. 20 tysięcy m2 (ok. 300 MW/rok prądu stałego). Działania te są realizowane przez Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów, na którego zbiorniku zainstalowano ogniwa fotowoltaiczne. Roczne zmniejszenie emisji dwutlenku węgla wyniesie ok. 222 tony, co dla 74-tysięcznego miasta jest wymiernym efektem. Zmniejszeniu ulegnie również emisja dwutlenku siarki o 0,2 tony i 0,35 ton tlenków azotu oraz 0,10 ton pyłów.
Warto dodać, że inspiracją tych działań była mała instalacja wykonana na kościele pw. Matki Nieustającej Pomocy w Jaworzynie (dane wg PAP).

dr inż. Zbigniew T. Grzegorzewski

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij