Z daleka wieża Gemasolar przypomina latarnię morską - tyle że świeci w środki dnia. Z bliska czubek wieży jest jasny jak drugie słońce, a obok niego pojawiają się małe strzępy dymu, gdy wiatr wyniesie liście czy kawałki trawy do rozgrzanej powyżej 500 stopni Celsjusza powierzchni. Ta oparta na koncentracji energii słonecznej elektrownia pozwala produkować prąd ze słońca 24 godziny na dobę.
Polska, podobnie jak wiele innych krajów, przechodzi przez boom na fotowoltaikę. Cena paneli do produkcji elektryczności ze słońca spadła w ostatnich latach tak bardzo, że opłaca się robić z nich ogrodzenia. W Polsce w słoneczne dni nawet połowa produkcji energii w jednej godzinie może już pochodzić z fotowoltaiki (w skali doby słońce może dawać do ok. 20 proc. elektryczności).
Problemem jest to, że praca paneli fotowoltaicznych gwałtownie zmienia się w ciągu doby. W ciągu kilku godzin rośnie od zera do maksimum i tak samo szybko spada, gdy zbliża się wieczór. Już teraz zdarzają się dni, w których w południe mamy więcej energii ze słońca, niż jesteśmy w stanie zużyć. Ale w te same dni, gdy przyjdzie zmrok, produkcja spada do zera. A co gdyby dało się ją zatrzymać? Dokładnie to robią już Hiszpanie w znajdującej się na południu kraju elektrowni Gemasolar. Jednak kluczem jest wykorzystanie zupełnie innej metody niż fotowoltaika: instalacja wykorzystuje skoncentrowaną energię słoneczną (CSP, od angielskiej nazwy concentrated solar power).
Słońce topi sól
- To pierwsza komercyjna instalacja tego typu. Przez lata działalności pokazała nie tylko, że może funkcjonować, ale że jest opłacalna, a parametry są lepsze od założeń - mówi Sebastián Fernández, dyrektor elektrowni. W letnich miesiącach produkuje czysty prąd ze słońca 24 godziny na dobę.
Z okien niewielkiego biura widać potężną elektrownię. Jasny punkt na szczycie wieży, który widać z daleka, to serce całej elektrowni. Otacza go 2600 luster, każde o powierzchni 100 metrów kwadratowych. Podążają za słońcem, odbijają jego promieniowanie i skupiają je na szczycie 140-metrowej wieży. Tam znajdują się rury z płynną solą. Nie chodzi o sól kuchenną, jednak nie są to też rzadkie czy niebezpieczne substancje. To m.in. azotan sodu, powszechnie wykorzystywany jako nawóz. Podgrzana do odpowiedniej temperatury, sól przechodzi w stan płynny. I zgromadzona w niej energia (w postaci ciepła) może być wykorzystana.
Roztopiona sól przepływa z "zimnego" zbiornika o temperaturze 290 stopni Celsjusza (koniecznej, żeby nie stężała) przez szczyt wieży i tam nagrzewa się do ok. 560 stopni. Reszta procesu jest stosunkowo prosta. Gorąca sól rozgrzewa wodę, para napędza turbinę i produkowany jest prąd. Ponieważ sól powoli traci temperaturę, ta rozgrzana w ciągu dnia może zasilić elektrownię na całą noc. Instalacja ma moc 20 megawatów, co - według operatora elektrowni - pozwala zasilić przeciętnie 27 tys. gospodarstw domowych.
Elektrownia - pierwsza komercyjnie działająca tego typu - funkcjonuje lepiej, niż założono. Lustra generują więcej energii, niż się spodziewano, turbina może działać dłużej, a osiągana produkcja elektryczności jest nieco wyższa od pierwotnie zakładanej.
Z punktu widzenia właściciela kluczowe jest to, że instalacja jest nie tylko ekologiczna, ale też opłacalna. 230 mln euro inwestycji zwraca się po mniej niż połowie planowanej żywotności instalacji. Przez najbliższe kilkanaście lat to czysty zysk. Szczególnie ważne jest to, że taki typ elektrowni słonecznej pozwala na sprzedawanie energii nie tylko w środku dnia (gdy fotowoltaika zapewnia nadpodaż i niskie ceny), ale też w nocy, gdy ceny rosną.
Jakie są perspektywy rozwoju tej technologii? - To mała instalacja. Najnowsze elektrownie tego typu mają po 100 megawatów - mówi Fernández. To połowa mocy, jaką mają najmniejsze jednostki w polskich elektrowniach węglowych. Od czasu zbudowania Gemasolar w 2011 roku kilka większych elektrowni tego typu powstało na świecie. W Hiszpanii - według Fernándeza - nie ma w tej chwili planów budowy kolejnych. Dlaczego, skoro działanie tej jest opłacalne? Szef instalacji wini nieprzewidywalny rynek energii i brak stabilizacji cen, przez co trudno ocenić, w jakim czasie i czy w ogóle budowa nowej elektrowni się zwrócić. Ograniczeniem jest też geografia.
Konieczne słońce Andaluzji
Wizja produkowania energii ze słońca przez całą dobę niestety nie wszędzie się sprawdzi. Podobne instalacje powstały już m.in. w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, Peru czy Maroko. Jednak w Europie niewiele jest regionów o wystarczającym nasłonecznieniu. Wśród nielicznych jest południe Portugalii czy właśnie hiszpańska Andaluzja. Potencjał do produkcji energii ze słońca można sprawdzić dzięki danym dot. średniej ilości światła słonecznego w ciągu roku. Tak prezentuje się mapa potencjału dla fotowoltaiki:
O ile fotowoltaika ma sens praktycznie w całej Europie, to instalacje takie jak Gemasolar znajdą zastosowanie tylko w regionach z najlepszymi warunkami. Nawet na południu Hiszpanii mają swoje ograniczenia. W najbardziej słonecznych miesiącach, przede wszystkim latem, bez problemu produkuje prąd 24 godziny na dobę przez cały miesiąc. Ale zimą nie zawsze wystarczy słońca, by zmagazynować energię na całą noc, szczególnie kiedy przyjdzie kilka krótkich, pochmurnych dni. Wtedy dochodzi do przerw w produkcji.
Ta instalacja to element energetycznej układanki Andaluzji i Hiszpanii, które dążą do neutralności klimatycznej i oparcia się w większości na odnawialnych źródłach energii. W 2023 roku kraj miał blisko 50 proc. prądu ze źródeł odnawialnych i 21 proc. z elektrowni atomowych. Resztę stanowił przede wszystkim gaz. Poprawa efektywności i magazynowanie energii mają pozwolić dalej odchodzić od paliw kopalnych. Sama Andaluzja stawia na dalszą rozbudowę m.in. energetyki słonecznej tak, by do 2030 roku czerpać 75 proc. prądu z OZE.
Brak takich warunków słonecznych nie oznacza, że np. w Polsce nie ma możliwości magazynowania energii ze źródeł odnawialnych. Najprostszą metodą są magazyny energii oparte na bateriach, podobnych jak te w samochodach elektrycznych. Takie bateryjne magazyny energii (niekoniecznie z bateriami zawierającymi stosunkowo rzadki lit) mogą dobrze sprawdzać się w zapewnieniu energii na kilka godzin po zachodzie słońca, a najlepszych przypadkach - na noc.
Mamy też już działające, wielkoskalowe magazyny energii z technologią szczytowo-pompową. Zasada ich działania jest prosta: woda jest pompowana do zbiornika powyżej, gdy mamy nadwyżki energii (np. gdy jest dużo słońca lub wiatru) i wypuszczana, gdy te źródła nie pracują. W planach jest zbudowanie nowych instalacji tego typu. Rozwijane są też inne metody magazynowania energii ze źródeł odnawialnych, jak magazyny grawitacyjne czy magazynowanie ciepła.
Piwo gotowane na słońcu
Kilkadziesiąt kilometrów od elektrowni Gemasolar pracuje nowa - mająca kilka miesięcy - instalacja, która także wykorzystuje skupioną energię słoneczną. Jednak w zupełnie innym celu: produkuje ciepło do... warzenia piwa.
Browar firmy Heineken potrzebuje wysokiej temperatury do podgrzewania składników w samym procesie przygotowania piwa, a także na innych etapach produkcji (ciepła woda do mycia instalacji itd.) Wcześniej ciepło było produkowane z gazu, co oznacza duże emisje gazów cieplarnianych. Teraz większość (ponad 60 proc.) pochodzi ze słońca, część z odnawialnego biogazu, a niewielką pozostałą część trzeba jeszcze produkować z wykorzystaniem gazu.
Cylindryczne lustra, które przechylają się odpowiednio do pozycji słońca, skupiają światło na cienkich rurkach z wodą. Ta trafia do wielkich, srebrnych zbiorników. Woda jest pod wysokim ciśnieniem, co pozwala osiągnąć temperaturę nawet 200 stopni Celsjusza. Zbiorniki trzymają wysoką temperaturę do 8 godzin.
Przedstawiciele firmy przyznają, że nowoczesna instalacja pozwala obniżyć emisje gazów cieplarnianych, ale nie byłaby opłacalna. Zbudowano ją dzięki dofinansowaniu z grantu. Jednak firma traktuje to z jednej strony jako środek do realizacji swoich celów klimatycznych, a z drugiej - jako demonstrację nowej technologii, która w przyszłości stanie się opłacalna.
Podgrzewanie wody przy pomocy słońca może mieć szersze zastosowanie dla przemysłu. Nie zawsze musi być to nawet instalacja, która osiąga temperaturę 200 stopni. Tradycyjne kolektory słoneczne mogą łatwiej podgrzać wodę do ok. 80 stopni Celsjusza. Nawet jeśli trzeba później wykorzystać inne paliwa do doprowadzenia wody do temperatury 100 stopni, to potrzeba będzie o wiele mniej energii (a więc paliwa), niż gdyby punktem startowym było 10 stopni.
Materiał został zrealizowany w czasie wyjazdu zorganizowanego przez Komisję Europejską.
