太陽光発電 (PV) は指数関数的な速度で成長しており、過去 3 年間で 2 倍以上になり、発電容量は 300 GW を超えています [1]。これは、コスト削減、住宅所有者にとって屋上太陽光発電の魅力を高め、実用規模の設備を従来の化石燃料発電所と比較して競争力のあるものにしたことによるものです。
一方、集光型太陽光発電 (CSP) はあまり伸びていません。世界的には、2015 年から 2017 年にかけて稼働した新しい CSP 容量はわずか 1.5 GW です。米国は、2015 年 9 月以降、新しい CSP 容量をまったく設置していません [2]。
従来の CSP 設計では、規模の経済を活用して設備利用率を高めるために、大量の熱エネルギー貯蔵を備えた大規模なプラントを使用しています。これは、kWh あたりの発電コストを最小限に抑えるための戦略としては理にかなっていますが、発電所が提供する電力の価値や発電所の収益性は考慮されていません。さらに、プラントのサイズが大きいと、巨額の設備投資が必要になります (>10 億ドル)。これにより、従来の CSP は実用規模の市場のみに制限され、財務リスクが増大し、CSP が (PV が行ったように) 反復を通じて学習することによって進歩することができなくなります。
では、CSP が現在遅れをとっている場合、将来 CSP で何ができるのでしょうか?
CSP の主な利点は、低コストの熱エネルギー貯蔵により、高価値を提供できることです。 太陽が太陽でないときは、電力、および再生可能エネルギー発電のバッテリーを打ち負かします (熱エネルギー貯蔵コストは 20 $/kWh 近くですが、バッテリーは 150 $/kWh を下回ることはありません [3-5])。これは、PV の成長に伴うグリッドの信頼性に関心のある公益事業にとって確かに重要ですが (「ダック カーブ」について聞いたことがありますか? [6])、マイクロ グリッドやその他の小規模なアプリケーションに、より信頼性の高い電力源を提供することもできます。
National Renewable Energy Laboratory (NREL) と Colorado School of Mines (CSM) の新しい研究では、従来の CSP 設計とは根本的に異なる新しい種類のアプローチが提案されています。彼らのアイデアは、典型的な CSP プラントの規模を 100 MWe から 1000 分の 1 に縮小することです。 ～100 kWe – 安価な材料と受動的な熱伝達メカニズムを使用してコストを削減します。この小さなスケールで、彼らは、熱エネルギー貯蔵と電源ブロックを含むシステム全体を塔の上に保持した太陽光発電塔を設計しました。
「STEALS」と呼ばれるこのシステムは、リサイクルされたアルミニウムの潜熱を介して熱エネルギーを貯蔵します。コストは 2 ドル/kg (約 12 ドル/kWh) 未満です。また、熱流制御の新しい方法であるバルブ付きサーモサイフォンを使用しており、バルブを開閉して熱伝達流体の流れを変更するだけで、熱伝達のオンとオフを切り替えることができます。システムを完成させるために、STEALS はスターリング エンジンを使用して熱を電気に変換しますが、規模が小さいことを考えると比較的高い効率です。
NREL-CSM チームは新しい論文で、STEALS の年間効率は 24% になると予測しています。これには、サイズが小さいためヘリオスタット フィールドの光学効率が通常よりも高い (年間ベースで 71%) が含まれますが、小規模なスターリング エンジンは大型のランキン サイクルよりも効率が低いため、パワー ブロックの変換効率は低くなります (30%)。
このホワイト ペーパーで示したコスト分析では、STEALS が再生可能エネルギー (バッテリー付き PV) および再生不可能エネルギー (天然ガス燃焼タービン プラント) の両方と競合する可能性があることも示されています。 STEALS の電力コストはサイズにほぼ依存しないため、さまざまな電力需要を持つ特定のアプリケーション向けに簡単に設計できます。発電ミックスにSTEALSを追加することで、この技術は風力発電と太陽光発電からの再生可能電力のより深い普及を可能にし、100%再生可能電力網の追求の進展を加速させる可能性があります。
これらの調査結果は、ジャーナル Applied Energy に最近掲載された潜熱蓄熱を備えたモジュラー集光型太陽光発電というタイトルの記事で説明されています。 .この研究は、コロラド鉱山学校のジョナサン・レイ、クリストファー・オシュマン、コーリー・ハーディン、エリック・トーベラー、国立再生可能エネルギー研究所のミケーレ・オルセン、グレッグ・グラッツマイヤー、フィリップ・パリラ、デビッド・ギンリー、バックネルのネイサン・シーゲルによって行われました。大学。
参考文献:
<オール>
