Turbina na sCO2 może zmienić obliczę energetyki światowej
Energia elektryczna jest jedną z najważniejszych i najpowszechniej wykorzystywanych form energii na świecie. Jednak większość energii elektrycznej, z której obecnie korzystamy, jest wytwarzana poprzez spalanie paliw kopalnych, co przyczynia się do globalnego ocieplenia i zanieczyszczenia środowiska. Dlatego też znalezienie alternatywnych i czystszych sposobów wytwarzania energii elektrycznej jest koniecznością, choć stanowi to ogromne wyzwanie. O elektrowniach słonecznych i wiatrowych słyszeliśmy już wielokrotnie, więc co powiecie na potencjał drzemiący w dwutlenku węgla w stanie nadkrytycznym (sCO2) jako płynu roboczego do napędzania turbin wytwarzających energię elektryczną?
Czytaj też: Największa turbina wiatrowa na świecie rozpoczęła pracę! Jej rozmiary trudno sobie wyobrazić
sCO2 to stan materii, który występuje, gdy dwutlenek węgla jest podgrzewany i poddawany ciśnieniu powyżej jego punktu krytycznego, który wynosi około 31°C i 73 barów. W tym stanie sCO2 ma właściwości zarówno gazu, jak i cieczy, co czyni go idealnym medium do przenoszenia ciepła i mocy. Taki stan CO2 ma kilka zalet w porównaniu do konwencjonalnej pary jako medium termicznego, bo sCO2 ma lepszą charakterystykę przenoszenia ciepła, co oznacza, że może osiągać wyższe temperatury i ciśnienia przy mniejszych stratach energii. Dodatkowo sCO2 ma mniejszą pracę sprężania, co oznacza, że wymaga mniejszej mocy mechanicznej do sprężania i rozprężania, a gdyby tego było mało, może pracować w obiegu zamkniętym, co oznacza, że może być poddawany recyklingowi i ponownie wykorzystywany bez uwalniania jakichkolwiek emisji do atmosfery.
Wykorzystanie sCO2 jako płynu roboczego może znacznie poprawić sprawność i wydajność systemów wytwarzania energii. Przykładowo, typowa turbina parowa pracuje z około 40% sprawnością, podczas gdy turbina sCO2 może osiągnąć nawet 50% sprawność. Co więcej, turbina sCO2 może być znacznie mniejsza i lżejsza niż turbina parowa, zmniejszając koszty i wymagania przestrzenne elektrowni, a do tego może być zasilana różnymi źródłami ciepła, takimi jak skoncentrowana energia słoneczna (CSP), energia jądrowa lub przemysłowe ciepło odpadowe.
Czytaj też: Przełom w energetyce. Ta turbina może odmienić całe farmy wiatrowe
Jednym z najbardziej ambitnych projektów, który ma na celu zademonstrowanie wykonalności i potencjału technologii sCO2, jest pilotażowa elektrownia demonstracyjna STEP (Supercritical Transformational Electric Power). Ta instalacja pilotażowa to projekt o wartości 155 milionów dolarów finansowany przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych i prowadzony przez Southwest Research Institute (SwRI), GTI Energy, GE Vernova (GE) i innych partnerów, który zostanie zrealizowany w Teksasie. Instalacja pilotażowa STEP Demo składa się z turbiny sCO2 wielkości biurka.
Czytaj też: Turbina wiatrowa studentów z Polski zdobyła uwagę całego świata. Postawisz ją na podwórku
Taka turbina może wyprodukować 10 MW mocy, wystarczającej do zasilenia 10000 domów. Została ona zaprojektowana do pracy w temperaturze powyżej 700°C i ciśnieniu powyżej 200 barów, a jej źródłem ciepła dla turbiny jest system CSP, który wykorzystuje lustra do koncentrowania światła słonecznego na odbiorniku, który podgrzewa stopioną sól. Stopiona sól przekazuje następnie ciepło do pętli sCO2, która napędza turbinę. Pilotażowa instalacja STEP Demo zaczęła powstawać w 2018 roku, a na początku tego roku osiągnęła pierwszą pracę sprężarki z CO2 w warunkach nadkrytycznych. Uruchomienie instalacji będzie kontynuowane na początku przyszłego roku. Projekt ma na celu walidację wydajności, niezawodności i skalowalności technologii sCO2 dla przyszłych zastosowań komercyjnych.
