Solární elektrárna Andasol je nejmodernější solární elektrárnou současného světa. Přestože se tento nový typ solární elektrárny částečně dokáže vypořádat s nedostatkem slunečního záření, stále existují nemalé překážky jejího efektivního využití. Jaké jsou možnosti nejmodernějších slunečních elektráren?

Elektrárna Andasol 1 v závěrečné fázi výstavby (jaro 2008). Zdroj: Solar Millennium AG

Nejmodernější solární elektrárna dneška v podstatě funguje jako parní elektrárna. Jednou z jejích velkých nevýhod je vysoká spotřeba vody. Abychom získali takového množství energie, jako vyrobí jeden jaderný blok, museli bychom postavit 44 solárních elektráren typu Andasol. Skutečně mohou solární elektrárny nahradit jadernou energii a fosilní paliva?

Andasol 1 funguje na podobném principu jako běžná parní elektrárna. Místo kotle má však instalován solární okruh s počítačově řízenými parabolickými zrcadly odrážejícími sluneční paprsky na absorpční trubice. Těmi protéká teplonosné médium (speciální syntetický olej). Za optimálních podmínek může teplota oleje dosáhnout až 400°C. Olej je čerpán do parogenerátoru, kde předává tepelnou energii vodě cirkulující v sekundárním okruhu elektrárny. Vzniklá pára pohání turbínu s generátorem a následně kondenzuje v kondenzátoru, který je chlazen samostatným vodním okruhem s chladicími věžemi.

Ideové technologické schéma elektrárny Andasol 1. Zdroj: Solar Millennium AG

Za zmínku stojí vložený technologický okruh s přídavným tepelným výměníkem uvnitř solárního okruhu. Tento okruh slouží pro dodávku tepelné energie do zásobníku tepla během dne a odběr energie v průběhu noci. Toto řešení zvyšuje provozuschopnost elektrárny v průběhu roku zhruba na dvojnásobný počet hodin oproti technickému řešení bez akumulace tepla.

Provoz Andasol 1 v průběhu dne (dodávka energie do zásobníku tepla). Zdroj: Solar Millennium AG

Zásobník tepla se sestává ze dvou nádrží (průměr 36 m, výška 14 m) naplněných směsí roztaveného dusičnanu sodného (60%) a dusičnanu draselného (40%). Celkové množství tepelného média činí 28 500 tun. Ve dne je akumulační médium přečerpáváno ze „studené“ nádrže (290°C) do „horké“ nádrže, přičemž prochází tepelným výměníkem, kde se ohřívá teplonosným médiem solárního okruhu na požadovanou „akumulační teplotu“ (390°C). V noci je cirkulace obrácená a akumulační tepelné médium ze zásobníku tepla předává v tepelném výměníku energii teplonosnému médiu solárního okruhu. Tepelná kapacita zásobníku je ohromující: 375 MWh = 1,35 TJ.

Provoz Andasol 1 v průběhu noci (odběr energie ze zásobníku tepla). Zdroj: Solar Millennium AG

Přednosti elektrárny Andasol 1

Produkce energie ze solárních zdrojů je závislá na množství slunečního záření a proto nelze dopředu předvídat, kolik elektřiny vyrobí. Andasol 1 má však gigantický zásobník, který je schopen udržet elektrárnu při plném výkonu celých 7,5 hodiny bez vnějšího přívodu sluneční energie. Díky tomu je (na rozdíl od stávajících fotovoltaických zdrojů) problém případného akutního nedostatku slunečního záření vyřešen. Díky tomu elektrárna může dodávat elektřinu do 400kV španělské sítě (operátor Endesa).

Solární jednotky Andasol 1 (7 488 kolektorů, 209 664 parabolických zrcadel). Zdroj: Solar Millennium AG

Andasol 1 není všemocný – nedostatky v architektuře

Solární elektrárna je obnovitelným energetickým zdrojem a nemůže překročit své fyzikální a ekonomické limity. I s využitím zásobníku tepla vykazuje poměrně nízký roční koeficient využití instalovaného výkonu Kv = 41%, což odpovídá ročnímu provozu cca 3 500 - 3 600 hodin na plném výkonu. Moderní uhelné a jaderné elektrárny běžně vykazují hodnoty Kv = 90%, což odpovídá ročnímu provozu cca 7 900 hodin na plném výkonu, tj. při stejném instalovaném výkonu vyrobí za rok 2,2 krát více elektrické energie.

Achillovou patou, především z hlediska projektu DESERTEC, může být voda. Celková roční spotřeba vody je vyčíslena na 870 000 m3 (průměrně 27,6 l za vteřinu). Nesmíme zapomínat, že se v podstatě jedná o klasickou parní elektrárnu, pro kterou neodvolatelně platí: bez vody není elektřina. Většina vody nenávratně mizí v atmosféře odparem v chladících věžích. Autoři projektu použili velmi přiléhavý příměr: spotřeba vody odpovídá pěstování pšenice na pozemku elektrárny. I naprostému laikovi je jasné, že zajištění každodenního zavlažování obilných lánů, např. na Sahaře, opravdu není jednoduchá záležitost.

Trochu ekonomického realismu

Původním smyslem obnovitelných energetických zdrojů (OZE) bylo omezit produkci elektrické energie z fosilních paliv, a ušetřit tak strategické suroviny, především uhlí a zemní plyn, pro další generace. Z hlediska ideologicky a politicky motivovaného přístupu k energetice je prvořadým cílem OZE vytlačit jaderné zdroje z energetického mixu a radikálně snížit emise CO2. Podívejme se tedy na možné perspektivy optikou nejmodernější evropské sluneční elektrárny:
Podle dostupných údajů činily investiční náklady Andasol 1 zhruba 300 milionů eur. Pokud budeme chtít nahradit jeden jaderný blok o výkonu 1000 MWe s roční výrobou 7900 GWh elektrárnami typu Andasol 1 (50MWe, 180 GWh), dospějeme k počtu 44 elektráren a částce 13,2 miliardy eur. Pouze pro orientační srovnání uvádím, že v České republice byly investovány do výstavby dvou bloků jaderné elektrárny Temelín (2x1000 MWe) celkem 4 miliard eur. Nahradit Temelín s roční výrobou 12 200 GWh solárními elektrárnami by tedy stálo cca 20,3 miliard eur (529 miliard korun, tedy nadpoloviční část českého státního rozpočtu).

Limity solární energie

Už z těchto „sedláckých počtů“ je zřejmé, že případné radikální navýšení počtu slunečních elektráren v evropském energetickém mixu, např. dle scénáře projektu DESERTEC (100 000 MWe), by bylo technicky nereálné (jednotky tisíc nových slunečních elektráren typu Andasol 1 do roku 2050) a ekonomicky „neufinacovatelné“. Alespoň dle názoru autora článku.

Andasol 1 je vlajkovou lodí současné sluneční energetiky. Pokrokové technické řešení otevřelo zcela nové perspektivy solárních energetických zdrojů. Nicméně je nutné zachovat realistický přístup. Musíme respektovat skutečnost, že i „energetika alternativních zdrojů“ má své fyzikální, technické a ekonomické limity. Může tedy částečně přispět k řešení energetických problémů budoucnosti, tzn. může vhodně doplňovat budoucí energetický mix jaderných a fosilních elektráren, avšak nemá šanci tyto zdroje v plné míře nahradit.

Zdroj: Petr Nejedlý, nazeleno.cz