Fotonları doğrudan elektriğe çevirmek yerine yoğunlaştırılmış güneş enerjisi, aynalarla güneş ışığını ısıya dönüştürür ve bu ısı geleneksel üretim türbinlerini çalıştırabilir. Yaklaşık on yıl öncesine kadar ısı depolamadaki gelişmeler sayesinde gün boyu üretim yapılabilmesiyle yoğunlaştırılmış güneş enerjisinin parlak bir geleceği olduğu söyleniyordu.
Böyle olmadı. Yoğunlaştırılmış güneşin maliyeti nükleer güçle rekabet edecek kadar düşse de fotovoltaiklerin fiyatı çakıldı ve güneş panelleri çoğu yerde en ucuz güç kaynağı haline geldi. Günümüzde iyi bir güneş üretim alanı varsa fotovoltaik panellerin ekonomisi zor aşılır.
Bu durum gece ihtiyacı veya hava kaynaklı açıkları karşılamak için tipik olarak batarya ve doğal gaz tesisleri gibi başka tesisler inşa etme gereğini doğurdu. Küçük bir şirket ise ayrı bir tesis inşa etme ihtiyacını azaltabileceğini vaat ediyor. Onun yoğunlaştırılmış güneş versiyonu, fosil yakıtlı yedek sistemin güneş tarafıyla büyük ölçüde üretim donanımını paylaştığı şekilde tasarlandı.
Geçmişe dönüş mü?
Yoğunlaştırılmış güneş, solar termal olarak da adlandırılır, prensip olarak oldukça basittir. Sahanın büyük bölümü, güneş gökyüzünde hareket ederken odaklarını tek bir noktada tutabilen aynalar ve motorlu izleme sistemi içeren heliostatlarla kaplıdır. Odak noktası bir kulede bulunur ve güneş ışığı burada bir çalışma akışkanını ısıtır. Sıcak akışkan geleneksel bir buhar türbinini çalıştırabilir ya da ısısı depolanıp gece üretimi için kullanılabilir.
Birçok potansiyel varyasyon vardır: farklı çalışma akışkanları ve ısı depolama yöntemleri, kule ihtiyacını ortadan kaldıran oluk şeklindeki aynalar ve benzerleri. Tüm bu varyantlar solar termale özgü sorunların bir kısmını azaltmayı amaçlar: çok sayıda hareketli parça, potansiyel olarak aşındırıcı akışkanlar ve benzerleri. Bu sorunlar ve standartlaşma eksikliği, bu santrallerin maliyetlerinin fotovoltaiklerle rekabet edecek düzeye yaklaşmasını engellemiştir.
Gece yenilenebilir güç üretimi için bir teşvik olmadan yoğunlaştırılmış güneşin rekabet etmesi için bir yol olmadı. Yeni santral inşaatı büyük ölçüde durdu ve bir dizi kaynak bunun ekonomisini takip etmeyi bıraktı.
Böyle bir ortamda Hindistan’ın ABD merkezli girişim 247Solar ile küçük bir yoğunlaştırılmış güneş santrali inşa edip işletmek için sözleşme yaptığını duymak biraz şaşırtıcı oldu. Santral son derece küçük olacak, 1 megavat kapasiteli ve fotovoltaiklerle karışık olacak. Şirketin özgün yaklaşımı, güneş termal çıktısını işleyen aynı donanımın yenilenebilir üretimde önemli bir açık olduğunda fosil yakıtlarla çalıştırılabilmesi.
247Solar’dan Mark von Keszycki, “Sistemlerimiz kendi yedekleridir” dedi. “Güneş kaynağının düşük olduğu dönemlerde—uzun süreli, kötü hava koşulları, ne olursa olsun—çeşitli yakıtları yakabiliyorlar.”
Bunun nasıl çalıştığını anlamak için tüm inşa edilen sistemin geriye adım atılarak anlaşılması gerekiyor. Bu, 247Solar ekibinin diğer güneş termal sistemlerin karşılaştığı sorunlardan bazılarını nasıl aşmayı umduğu ve sistemlerinin nasıl kullanılacağı konusunda ne kadar esneklik sağlayacağı hakkında detaylar içeriyor.
Sıcak hava
Diğer yoğunlaştırılmış güneş sistemleri gibi 247Solar’ın sistemi de bir heliostat alanı kullanacak. Ancak alıcı—yani güneş ışığının odaklandığı donanım—ortam basınçlı hava ile çalışmasıyla ayırt ediliyor. Bu, bir Alman şirketi tarafından geliştirilen donanımın güncellenmiş bir versiyonu. Bu donanımdan çıkan hava yaklaşık 970° C sıcaklıkta. Bu hava doğrudan endüstriyel proses ısısı için kullanılabilir ya da elektriği üreten donanıma gönderilebilir. Ancak çoğu durumda ısı depolamaya yönlendirilecek.
Erimiş tuzlar ve potansiyel faz geçişiyle uğraşmak yerine 247Solar, golf topu büyüklüğünde seramik pelletleri ısıtıyor. Depolama konfigürasyonunun detaylarına bağlı olarak von Keszycki, depodan gelen ısının güneş battıktan sonra 9 ila 20 saat arasında güç üretmek için kullanılabileceğini söylüyor. Saatler elbette gündüz bir kısmı üretim için kullanıldığında kısalacak, ancak 247Solar sistemi gündüz üretimi için fotovoltaik kurulumlarla eşleştirmeyi planlıyor.
Nereden gelirse gelsin sıcak hava bir ısı eşanjörüne gönderilecek. Bu, geleneksel bir türbindeki yanma ünitesinin yerine takılabilecek şekilde tasarlandı ve sıkıştırılmış havayı üretim için ısıtıyor. 247Solar’dan Bruce Anderson Ars’a, “Isı eşanjörü, yanıcı ünitenin yaptığı işi yapıyor” diye konuştu. “Türbin düzeninde yanıcı ünitenin olduğu yerde: sıkıştırma aşamasından sonra ve genişletici öncesinde.” İlk kurulum iki adet 200 kW’lık jeneratörü eşleştirecek; ısı eşanjörü dışında her şey standart raflardan alınmış bir paket parçası.
Sistemin esnekliği burada devreye giriyor: Eşanjördeki havanın nasıl ısıtıldığı umurunda değil. Dolayısıyla ısıyı sağlayacak eşdeğer ısıyı üretmek için çeşitli yakıtlar yakılabilir. von Keszycki, sisteme fosil yakıt yakma yeteneği eklemenin toplam maliyetine yüzde 10’dan az bir ek getirdiğini öne sürdü.
Isı eşanjöründen çıkan hava hâlâ oldukça sıcak, yaklaşık 250° C civarında ve von Keszycki buna “ayrı kullanılabilir bir kaynak” dedi. Bu ısı endüstriyel prosesler ve absorpsiyonlu soğutma da dahil olmak üzere çeşitli uygulamalara yönlendirilebilir. Yine ara sıcaklıklar gerekliyse, üretim pahasına olsa da depolama ortamından doğrudan gelen sıcak hava ile karıştırılabilir.
Ölçek büyütme
İlk kurulum küçük olacak, bir çift 200 kW’lık jeneratörle ve büyük ölçüde sistemin mühendisliğini doğrulamaya hizmet edecek. Anderson, en büyük endişelerin “bilinmeyen bilinmeyenler” olduğunu söyledi. Ancak sistem modüler olacak şekilde tasarlandı ve şirket, birden fazla alıcı ve ısı depolama ünitesini barındıran tek bir kuleyi paylaşan birimler kombinasyonuyla 3 megavatlık bir tesisin mühendisliğini zaten sürdürüyor.
Kurulum aynı zamanda sistemin finansal olarak nasıl işlediğine dair bir fikir verecek. Tipik bir şebekede gün boyu yenilenebilir enerji sağlamaya yönelik teşvikler azdır. Güneş santrallerini desteklemek için yeterli üretim sağlama maliyetinin çoğu zaman diğer taraflarca karşılanması da yaygındır. Özel bir tesis inşa etmeden fosil yakıt tabanlı yedek güç üretme yeteneği kesinlikle birine para kazandırabilir, ancak piyasalar bu tasarrufları elde etmeyi her zaman kolaylaştıracak şekilde kurulmamıştır.
Böylece 247Solar’ın başka pazarlar düşündüğü şaşırtıcı değil. Özellikle genellikle önemli masrafla taşınması gereken dizel gerektiren uzak maden sahalarına büyük ilgi duyuyor. 247Solar sistemi bu masraftan kaçınırken, bazı cevher işleme süreçleri için faydalı olabilecek proses ısısı da sağlayabilir. Ve tedarik zincirinin karbon emisyonlarını muhasebeleştirmek zorunda olan şirketler için emisyonsuz madencilik operasyonlarını desteklemek iyi çalışır.
Yine de, yalnızca gecenin küçük bir kesrinde çalışan özel fosil yakıt santrallerine duyulan ihtiyacı başarıyla ortadan kaldırabilmesi halinde bu tür bir tesisin şebekede bir yeri olabilir—fiyat ve teşvikler uyuştuğu sürece.
