Un turn solar, cunoscut și sub denumirea de turn de energie solară, este o metodă de a concentra energia solară pentru a o transforma într-o sursă de energie mai puternică. Turnurile solare sunt uneori numite și centrale cu heliostate, deoarece folosesc o colecție de oglinzi mobile (heliostate) dispuse într-un câmp pentru a aduna și focaliza lumina soarelui către turn.
Prin concentrarea și colectarea energiei solare, turnurile solare sunt considerate un tip de energie regenerabilă. Turnurile solare sunt un tip de tehnologie solară (incluzând sistemele cu jgheab parabolic sau cu motor paraboloidal), toate acestea putând alcătui un sistem de energie solară concentrată (CSP). Potrivit Solar Energy Industries Association, centralele CSP din Statele Unite au o capacitate de aproximativ 1.815 megawați.
Cum funcționează un turn solar
Pe măsură ce soarele strălucește peste câmpul de heliostate al unui turn solar, fiecare dintre aceste oglinzi controlate de computer urmărește poziția soarelui pe două axe. Heliostatele sunt aranjate astfel încât, pe parcursul unei zile, să focalizeze eficient acea lumină către un receptor aflat în vârful turnului.
În prima lor iterație, turnurile solare foloseau razele focalizate ale soarelui pentru a încălzi apa, iar aburul rezultat acționa o turbină pentru a crea electricitate. Modelele mai noi folosesc acum o combinație de săruri lichide, inclusiv 60% azotat de sodiu și 40% azotat de potasiu. Aceste săruri au o capacitate calorică mai mare decât apa, astfel încât o parte din acea energie termică poate fi stocată înainte de a fi folosită pentru a fierbe apa, care acționează turbinele.
Aceste temperaturi de operare mai ridicate permit, de asemenea, o eficiență mai mare și înseamnă că o anumită cantitate de energie poate fi generată chiar și în zilele înnorate. Combinat cu un dispozitiv de stocare a energiei, acest lucru înseamnă că turnurile solare pot produce energie fiabilă 24 de ore pe zi.
Impactul asupra mediului
Există unele avantaje ecologice evidente ale turnurilor solare. Comparativ cu centralele pe combustibili fosili, cum ar fi cele pe cărbune sau gaze naturale, nu există poluare a aerului, a apei sau gaze cu efect de seră create, în mod obișnuit, în procesul de generare a energiei. (Există unele emisii generate în construcția unui turn solar, la fel ca la orice alt tip de centrală electrică, deoarece materialele trebuie transportate la locul respectiv și construite, ceea ce necesită energie, de obicei sub formă de combustibili fosili.)
Impacturile negative asupra mediului sunt similare cu cele ale altor centrale electrice: unele materiale toxice sunt folosite pentru fabricarea componentelor centralei (în acest caz celule fotovoltaice). Când defrișezi terenul pentru o nouă centrală, animalele și plantele care trăiesc acolo sunt afectate, iar habitatul lor este distrus — deși o parte din acest impact poate fi atenuat prin alegerea unei locații care are un impact minim asupra plantelor și animalelor locale. Turnurile solare sunt adesea construite în peisaje de deșert, care, prin natura lor, sunt oarecum fragile, așa că trebuie acordată o atenție specială amplasării și construcției.
Unele turnuri solare sunt răcite cu aer, dar altele folosesc apă subterană sau apă de suprafață disponibilă pentru răcire, deci, deși apa nu este poluată cu deșeuri toxice, așa cum se poate întâmpla la alte centrale electrice, apa este totuși folosită, iar acest lucru poate afecta ecosistemul local. Unele turnuri solare ar putea avea nevoie și de apă pentru curățarea heliostatelor și a altor echipamente. (Aceste oglinzi funcționează cel mai bine pentru a concentra și reflecta lumina atunci când nu sunt acoperite de praf.) Potrivit US Energy Information Center, „sistemele termice solare folosesc fluide potențial periculoase pentru a transfera căldura.” Asigurarea că acele substanțe chimice nu ajung în mediu în cazul unei furtuni sau al unei alte circumstanțe neobișnuite este importantă.
O problemă de mediu unică pentru turnurile solare este moartea păsărilor și a insectelor. Datorită modului în care heliostatele concentrează lumina și căldura, orice animal care zboară prin fasciculul transmis către turn va fi ars sau ucis de temperaturile ridicate (până la aproximativ 540 de grade Celsius). O modalitate simplă de a minimiza moartea păsărilor este să vă asigurați că nu mai mult de patru oglinzi sunt îndreptate către turn în același timp.
Istoricul turnurilor solare
Primul turn solar a fost National Solar Thermal Test, operat de Sandia National Laboratories pentru Departamentul de Energie al S.U.A. Construit în 1979 ca răspuns la criza energetică, funcționează și astăzi ca o facilitate de testare deschisă oamenilor de știință și universităților pentru studiu.
„National Solar Thermal Test Facility (NSTTF) este singura facilitate de testare de acest tip din Statele Unite. Scopul principal al NSTTF este de a furniza date experimentale inginerești pentru proiectarea, construcția și operarea componentelor și sistemelor unice în centrale termice solare propuse pentru generarea de energie pe scară largă”, potrivit site-ului Sandia.
Primul turn solar comercial a fost Solar One, care a funcționat din 1982 până în 1988 în Deșertul Mohave. Deși a putut stoca o anumită cantitate de energie până seara (suficientă pentru pornire dimineața), nu a fost eficient, motiv pentru care a fost modificat pentru a deveni Solar Two. Această a doua iterație a trecut de la utilizarea petrolului ca material de transfer de căldură la sare topită, care este, de asemenea, capabilă să stocheze energie termică și are avantajele suplimentare de a fi non-toxică și neinflamabilă.
În 2009, Sierra Sun Tower a fost construit în Deșertul Mojave din California, iar capacitatea sa de 5 megawați a redus emisiile de CO2 cu 7.000 de tone pe an atunci când a funcționat. A fost construit ca un model, dar a fost închis în 2015 deoarece a fost considerat prea costisitor de operat.
În afara Statelor Unite, proiectele de turnuri solare includ centrala solară PS10 de lângă Sevilia, Spania, care produce 11 MW de energie și face parte dintr-un sistem mai mare care își propune să producă 300 MW. A fost construită în 2007. Turnul solar experimental Jülich din Germania, construit în 2008, este singura centrală din țară care folosește această tehnologie. A fost vândut Centrului Aerospațial German în 2011 și este încă în uz. Alte proiecte din S.U.A. și Europa sunt detaliate mai jos.
În 2013, Chile a investit 1,3 miliarde de dolari în proiectul CSP Cerro Dominador, primul proiect de turn solar din America Latină. A fost început cu speranța de a elimina treptat centralele pe cărbune până în 2040 și de a deveni complet neutru din punct de vedere al emisiilor de carbon până în 2050. Dar întârzierile cauzate de falimentul finanțatorului proiectului au însemnat că, în momentul în care construcția centralei a fost reluată, tehnologia sa fusese deja depășită de panourile solare ieftine din China și de adoptarea pe scară largă a tehnologiilor regenerabile. Prețurile pe care Cerro Dominador le-ar fi perceput ar fi fost deja de trei ori mai mari decât cele pe care le puteau oferi alte surse regenerabile. Proiectul este acum suspendat pe termen nelimitat.
Turnuri solare din întreaga lume
Turnurile solare pot fi găsite în mai multe țări din întreaga lume.
O locație ideală pentru un turn solar este una plană, uscată și care nu este prea vântoasă sau furtunoasă. Operatorii centralei vor avea nevoie de acces la unele surse de apă (chiar și numai pentru curățarea heliostatelor) și ar trebui evitate zonele care primesc ploaie sau zăpadă în cantități semnificative. Natural, un număr mare de zile însorite și cât mai multă radiație solară directă sunt cele mai bune, deci un acoperiș minim de nori este obiectivul. Acesta este măsurat printr-o valoare numită Intensitate Normală Directă (DNI) a soarelui, iar informația este disponibilă prin National Renewable Energy Laboratory.
Oriunde sunt îndeplinite aceste criterii sunt locații bune pentru turnurile de energie solară, inclusiv în Orientul Mijlociu, sud-vestul S.U.A., Chile, sudul Spaniei, India, Africa de Sud și China.
Provocările turnurilor solare
Un număr de proiecte de turnuri solare au fost anulate sau dezafectate. Provocările variază de la probleme financiare cu investițiile, la concurența cu alte energii regenerabile în ceea ce privește prețul, la timpul necesar pentru a construi un turn, la preocupări legate de mediu.
Proiecte de turnuri solare anulate
- Cerro Dominador din Chile a fost început, dar nu a fost finalizat din cauza falimentului finanțatorului proiectului.
Proiecte de turnuri solare închise
- Eurelios a fost o centrală pilot de turn solar în Sicilia, operată din 1981 până în 1987.
- Sierra Sun Tower a funcționat din 2009 până în 2015 în Deșertul Mojave.
- Solar One și Solar Two din Deșertul Mojave au funcționat din 1982 până în 1986, respectiv din 1995 până în 1999.
- SES-5 a funcționat în fosta URSS din 1985 până în 1989.
- Maricopa Solar din Arizona a fost construit în 2010, dar dezafectat în 2011 și vândut.
