Énergie solaire concentrée - l'une des principales méthodes de stockage de l'énergie

L'énergie solaire concentrée peut jouer plusieurs rôles : alimentation de la charge de base, alimentation régulée et alimentation synchrone. En termes de stockage d'énergie, l'énergie solaire concentrée a une fonction de régulation des pics grâce à son propre stockage d'énergie.

Comment fonctionne l'énergie solaire concentrée

À l'heure actuelle, la centrale solaire à concentration chinoise est la première à contrôler l'énergie solaire de manière centralisée. L'énergie solaire concentrée utilise la réflexion spéculaire pour concentrer la chaleur de la lumière solaire en un point, ce qui permet de chauffer du sel fondu ou de l'huile de transfert de chaleur, puis d'utiliser du sel fondu, un fluide à haute température et à haute température, pour l'échanger avec de l'eau, l'eau devenant de la vapeur à haute température et à haute pression, ou de la vapeur surchauffée pour actionner la turbine à vapeur, puis pour stabiliser la production d'électricité, ce qui constitue un processus de base.

La photothermie est l'utilisation d'un support de miroir pour tourner, la lumière du soleil est irradiée verticalement pour collecter l'énergie lumineuse, et la photovoltaïque est la diffusion diffuse pour collecter l'énergie lumineuse. À l'heure actuelle, la lumière et la chaleur sont principalement concentrées dans les trois régions du nord, et l'énergie photovoltaïque peut être utilisée dans tout le pays.

Les centrales solaires à concentration se divisent en deux catégories : les centrales à tour et les centrales à auge. À l'heure actuelle, les centrales à tour sont plus nombreuses en Chine. La centrale à tour est le type de centrale où l'on peut voir un pilier entouré de nombreux miroirs.

L'efficacité de la centrale électrique à auge est plus faible, car elle utilise de l'huile de transfert de chaleur et du sel fondu. L'huile de transfert de chaleur a une température maximale de 400 degrés, et l'effet thermique spécifique est moins bon. Aujourd'hui, la tendance est à l'utilisation du type de tour.

Pourquoi les centrales électriques ont-elles besoin d'une centrale solaire à concentration ?

Le photovoltaïque n'a pas de dispositif de stockage de la chaleur ou de l'énergie. Il doit être équipé d'un dispositif de stockage de l'énergie. Ce dispositif peut être l'énergie solaire concentrée, le stockage de l'eau par pompage, le stockage de l'énergie de l'air ou le stockage de l'énergie électrochimique.

Par exemple, énergie éolienne en merIl y a une centrale solaire concentrée à côté de la centrale éolienne. Ajouter un réchauffeur à l'énergie solaire concentrée, de sorte que l'énergie éolienne démarre la nuit, la chaleur électrique est convertie, et la chaleur est convertie en sel fondu, et la chaleur est exportée.

L'énergie solaire concentrée est une énergie verte renouvelable contrôlable, mais après l'ajout de radiateurs électriques, elle devient une grande centrale de stockage d'énergie pour le réseau électrique, en plus d'être contrôlable.

Il en va de même pour le photovoltaïque. L'électricité photovoltaïque abandonne la lumière. Je veux économiser la conversion de l'électricité et de la chaleur, de sorte que la centrale solaire à concentration est passée d'une pure centrale électrique à une énorme station de stockage d'énergie.

L'électricité produite par les photovoltaïques est instable, et une partie de l'électricité ne peut pas être connectée à l'Internet. Il est alors nécessaire de raccorder un appareil de chauffage électrique. Le réchauffeur est inséré dans le sel fondu, et le sel fondu est chauffé à haute température et stocké dans le réservoir de sel fondu. Plus la centrale photovoltaïque est grande, plus sa puissance est élevée et plus la quantité de réservoir de sel fondu et de sel fondu dont elle est équipée est importante.

Avantages du contrôle de l'efficacité des centrales solaires à concentration

En termes d'écrêtement des pointes, la centrale solaire à concentration est de loin supérieure à la centrale thermique. En supposant que l'énergie thermique et l'énergie éolienne photovoltaïque soient utilisées en combinaison, l'alimentation en énergie thermique est de 100, l'énergie éolienne et l'énergie photovoltaïque sont de 50 chacune, et la pleine charge actuelle est de 200. Si la charge électrique tombe à 100, l'énergie thermique doit être arrêtée en partant du principe que 50 des scènes ne peuvent pas être abandonnées, mais la situation réelle est impossible.

La charge électrique de l'énergie thermique ne peut être réduite qu'à un minimum de 40%, de sorte que le paysage ne peut qu'être abandonné. Si 100 % de l'énergie thermique est remplacée par de l'énergie solaire thermique à ce moment-là, il n'est pas nécessaire d'abandonner le paysage. Elle peut être transférée au sel fondu par le biais d'un chauffage électrique et stockée sous forme d'énergie. Cette situation est particulièrement évidente pendant la saison de chauffage hivernale.

Qu'est-ce que le sel fondu utilisé pour l'énergie solaire concentrée ?

La composition de sel fondu est un mélange de nitrate de potassium 40% et de nitrate de sodium 60%. Le point de fusion est de 220 degrés. Il commence à fondre à 220 degrés. Après la fusion, il commence à environ 260 degrés et peut circuler dans le pipeline, il est acheminé vers la tour de sel fondu, puis absorbe la chaleur solaire. Il peut être chauffé à environ 600 degrés. Après 600 degrés, il est stocké dans le réservoir d'eau chaude. Une fois stockée, elle est libérée lorsque la production d'électricité est nécessaire.

Les sels fondus sont ensuite échangés avec de la vapeur dans l'échangeur de chaleur, puis reliés à la turbine à vapeur pour produire de l'électricité, comme dans une centrale électrique classique. La centrale à auge convient généralement à l'alimentation électrique centralisée régionale et utilise davantage de sels fondus. Si elle est utilisée pour le stockage de l'énergie en vue d'une alimentation électrique stable sur de longues distances, la centrale de type tour est préférable. À l'heure actuelle, le type de tour représente 60%, le type d'auge représente 30% et le type de Fresnel linéaire représente 10%.

Pourquoi développer le stockage de l'énergie solaire concentrée ?

Le plan d'action relatif au pic de carbone est clair : développer activement l'énergie solaire concentrée et promouvoir l'établissement d'une base de production d'énergie renouvelable intégrée éolienne-solaire avec un ajustement complémentaire de l'énergie solaire concentrée, de la production d'énergie photovoltaïque et de l'énergie éolienne. D'autres formes de stockage de l'énergie ne peuvent être promues à grande échelle en raison de facteurs tels que la situation géographique (stockage de l'énergie hydraulique par pompage, stockage de l'énergie dans l'air), la faible densité énergétique (volant d'inertie) et la courte durée de vie (électrochimie).

Le milieu intermédiaire est le sel fondu et les principaux composants sont le nitrate de potassium et le nitrate de sodium. Pendant la réaction, le nitrate de potassium et le nitrate de sodium fonctionnent en circuit fermé, et la perte annuelle est inférieure à 1%, après 30 ans d'utilisation, il ne se détériore pas (le sel fondu ne se détériore pas, et il n'y a pas de réaction chimique, seulement une réaction physique).

Selon le calcul global, le coût du stockage de l'énergie de l'énergie solaire concentrée est inférieur. En outre, l'énergie solaire concentrée, en tant que source d'énergie d'écrêtement des pointes, présente les avantages d'une production flexible et réglable et d'un stockage d'énergie à long terme, ce qui permettra d'obtenir plus d'avantages pour le projet grâce à une approche orientée vers le marché, soutenant ainsi efficacement le développement durable de l'industrie thermo-solaire en Chine.

En outre, ces dernières années, les régions riches en ressources d'énergie solaire telles que le Moyen-Orient et l'Afrique du Nord ont commencé à utiliser l'énergie solaire concentrée comme solution pour utiliser en continu les énergies renouvelables pour produire de l'électricité, en utilisant la lumière et la chaleur pour produire de l'électricité la nuit et en réduisant les pics photovoltaïques pendant la journée, l'énergie solaire concentrée a de bonnes perspectives de marché dans ces régions. À l'heure actuelle, l'approbation de l'énergie solaire concentrée s'accélère. Cette année, des appels d'offres intensifs ont été lancés et il est nécessaire de se connecter au réseau dès que possible. Le suivi dépend des efforts continus.

Avantages et inconvénients de l'énergie solaire concentrée et du stockage électrochimique de l'énergie

① Sécurité

La sécurité du stockage de l'énergie est un aspect important du stockage de l'énergie à grande capacité, et le stockage de la chaleur avec le nitrate binaire est une méthode de stockage de la chaleur sûre. Depuis la mise en service de SOLAR ONE aux États-Unis en avril 1982, les 6,69 millions de kilowatts de production d'énergie solaire thermique dans le monde n'ont jamais connu d'accidents liés à la sécurité, tels que des explosions de batteries au lithium, et il s'agit d'une méthode de stockage d'énergie très sûre. En raison du principe de fonctionnement inhérent à la charge et à la décharge des batteries lithium-ion, largement utilisées à l'heure actuelle, ce type de stockage d'énergie électrochimique présente des risques naturels pour la sécurité. C'est pourquoi, lorsqu'il s'agit de choisir batterie solaire lithium-ionnous devons choisir fabricant de batteries lithium-ion odm avec l'assurance qualité.

② Économique

Le coût du stockage électrochimique de l'énergie est de 800RMB/kWh + 200RMB/kW, la durée d'exploitation est de 10 ans et les frais annuels d'exploitation et de maintenance sont calculés à 1%. L'investissement unitaire en kilowatts du projet d'énergie solaire concentrée devrait être réduit à 22 000 RMB/kW~24 000 RMB/kW, la durée d'exploitation dépasse 30 ans, et le coût du cycle d'exploitation et le prix de l'électricité sont inférieurs à ceux du stockage électrochimique de l'énergie.

③ Constructif

Le site de la centrale de stockage d'énergie électrochimique doit bénéficier de conditions de transport pratiques et économiques, la connexion avec la route à l'extérieur de la centrale doit être courte et rapide, et la quantité d'ingénierie doit être faible ; le site doit être proche d'une source d'eau fiable, les conditions de sélection du site doivent être coordonnées avec la planification industrielle locale, et les conditions sont relativement faciles à remplir.

Les conditions de construction de l'énergie solaire concentrée sont relativement difficiles, avec une transparence atmosphérique élevée, un climat sec et peu de pluie, de longues heures d'ensoleillement et d'abondantes ressources d'énergie solaire. Le rayonnement solaire direct annuel (DNI) dans la zone de sélection du site ne doit pas être inférieur à 1600 kWh/(m2∙a), et le site doit être ouvert et plat, sans obstacles. Par conséquent, les trois zones nord sont généralement sélectionnées, mais le coût d'acquisition du site est relativement faible.

Quel est le montant de l'investissement dans une centrale solaire à concentration ?

Si l'on prend l'exemple du projet Delingha, il s'agit d'une puissance d'environ 50 MW, soit 1,1 à 1,2 milliard, ce qui équivaut à 22 yuans par watt. Le prix de l'électricité est de 1,15 RMB. Les centrales thermiques solaires purement indépendantes ne peuvent pas le faire, mais elles peuvent maintenant être utilisées comme stockage d'énergie pour les centrales photovoltaïques. Par exemple, le prix de l'électricité photovoltaïque sur le réseau de Qinghai est de 0,25 RMB. Si elle est équipée d'une centrale CSP, elle coûtera environ 0,3 RMB, et le prix est légèrement plus élevé.

Pourquoi l'énergie solaire concentrée a besoin d'héliostats

Si l'on utilise uniquement un système photovoltaïque + un réservoir de sels fondus, il s'agira d'un simple stockage de chaleur à base de sels fondus, et non d'une centrale solaire à concentration. Ce rendement est très faible. Vous pouvez vous référer au principe de la thermodynamique - le cycle de Rankine. Ainsi, le taux de conversion n'est que d'environ 40%, ce qui équivaut à 100 kWh d'électricité générée par le photovoltaïque, et finalement seuls 40 kWh peuvent être restitués. L'ajout d'héliostats permet de répondre à la demande de complément énergétique et d'améliorer le taux de conversion.

Les héliostats sont en verre et en argent, et les fabricants d'héliostats comprennent Luoyang Glass et Ancai Hi-Tech. Le coût des miroirs représente environ 5% de l'investissement global dans l'énergie solaire concentrée, 9% du système de concentration et des supports, qui représentent 9% du concentrateur, 15% du contrôleur et 61% du dispositif d'entraînement.

Quel est le coût du sel fondu ?

Le système sel fondu + héliostat (système de concentration) représente près de 70% de l'investissement total, et le sel fondu représente généralement environ 20%, ce qui dépend des spécifications de conception. La quantité de sel fondu dépend du nombre d'heures pendant lesquelles le projet maintient la production d'électricité. Par exemple, le projet Delingha est de 50 MW pendant 7 heures, le réservoir de sel fondu et la quantité de sel fondu sont distribués en fonction de la production d'électricité du réseau pendant 7 heures. S'il s'agit de 4 heures, le réservoir sera assemblé en fonction de la quantité de sel fondu pour 4 heures.

La quantité de sel fondu de 1GW peut être extrapolée linéairement à partir de la quantité de sel fondu utilisée dans la spécification de conception 12H de 100MW, qui est d'environ 600 000 tonnes. Cela dépend encore de la taille d'un projet unique et du nombre d'heures d'utilisation. 600 000 tonnes est une valeur estimée, qui peut nécessiter 500 000 tonnes ou 700 000 tonnes. Le prix du nitrate de sodium et du nitrate de potassium étant actuellement d'environ 6 500 à 9 000 RMB, on estime que la valeur de 1 GW de sel fondu est d'environ 3,8 à 4,5 milliards de RMB, soit près de 5 milliards de RMB.

Qu'est-ce qu'un réservoir de sel fondu ?

Le réservoir de sel fondu est un réservoir de stockage. Ce n'est pas difficile, car il s'agit d'une pression normale et d'une température élevée. Pour 50 MW, il faut environ 4 réservoirs, deux réservoirs de sel fondu et deux réservoirs de sel froid, d'un diamètre de 25 mètres et d'une hauteur de 22 mètres. Le matériau utilisé est de l'acier ordinaire de haute pureté. La lumière est captée par le collecteur situé au-dessus de la tour. Le collecteur est équipé d'un réservoir de sel fondu.

Le réservoir de sel fondu est l'endroit où le sel fondu est rempli, car le sel fondu ne peut pas s'écouler une fois qu'il s'est solidifié, il doit être maintenu au-dessus de 260 degrés, et le point de fusion du sel fondu est de 220 degrés. Une fois que le sel fondu s'est écoulé, il passe dans l'échangeur de chaleur et transfère la chaleur à l'eau. Une fois que l'eau est chauffée à environ 550 degrés et 13,2 MPa, elle devient de la vapeur qui actionne la turbine à vapeur pour produire de l'électricité.

Après l'échange de chaleur avec l'eau, la température du sel fondu baisse et s'écoule dans le réservoir de sel froid, et le sel fondu dont la température baisse après l'échange de chaleur est stocké dans le réservoir de sel froid (il peut encore s'écouler, car il ne sera pas assez froid pour se solidifier), puis pompé dans le collecteur de la tour de sel fondu par l'intermédiaire de la pompe pour devenir un tel cycle. Le sel fondu n'est pas dénaturé par les changements physiques, mais il y aura des fuites, de sorte que certains sels fondus doivent être réapprovisionnés régulièrement chaque année.