Annons

Solenergi även pa natten

Ett nytt israeliskt solkraftverk kombinerar biogas och solstrålar för att leverera elektricitet dygnet runt.

En av de stora svårigheterna med förnybara energikällor är att de är utlämnade till naturens nycker. Vindkraftverk kan bara ge ström när det blåser, och solceller slutar vara användbara när solen går ner. Men så behöver det inte vara. Israeliska forskare har utvecklat en solenergianläggning där överskottsvärmen från en gasturbin används till att omvandla avfall och djurspillning till biogas. Därmed kan man producera grön energi dygnet runt. Det hela utgår från solens strålar, och därför kallas apparaten för hybridsolenergianläggning.

– Vi har utvecklat en produktionsenhet som gör användarna oberoende av andra energikällor, även när naturen inte kan stå för råvarorna. Vi tror att detta är framtiden, säger Yuval Susskind.

Han är produktionschef på det israeliska bolaget Aora Solar som har utvecklat modellen tillsammans med forskare från Weizmann Institute of Science i Rehovot.

Det finns än så länge två testanläggningar: en som forskarna byggt upp på Weizmann-institutets område, och en annan i den kinesiska staden Nanjing. Försöken i Kina har dock varit mindre lyckade, eftersom staden ofta är dränkt i tät smog.

Värmer smält salt

Men egentligen börjar historien på en helt annan plats. Israel har under många år varit bland de främsta länderna vad gäller att utveckla solenergi. Redan under 1960-talet blev det lag på att samtliga israeliska hushåll ska ha solfångare som förser familjen med varmvatten, och israeliska forskare gick tidigt med i stora internationella projekt för att leverera solenergi till hela städer. Ett klassiskt exempel är några enorma solkraftverk med total kapacitet på 450 megawatt i Mojaveöknen i Kalifornien. Två av anläggningarna där har byggts av israeliska företag, och många av de andra innehåller israelisk teknik.

– Det finns två skolor inom solenergi. Dels små paneler för enstaka hushåll, dels de stora produktionsanläggningarna. Vi har försökt att ta det bästa från två världar och utvecklat en hybrid, säger Yuval Suss­kind.

Solanläggningarna i Mojaveöknen är typiskt storskaliga anläggningar. Där alstras ström när stora mängder ånga leds in i en turbin kopplad till en generator. En ångturbin måste vara stor för att vara ekonomisk, och därför täcker dessa anläggningar vanligtvis ett par kvadratkilometer mark eller mer. På denna yta finns solfångare i form av enorma rörsystem inuti långa halvcylindriska (egentligen paraboliska) speglar, så kallade tråg. Speglarna fokuserar solens strålar mot rören, vilka innehåller olja, vatten eller smält salt som hettas upp. Oljan leds vidare för att skapa 400–600 grader varm ånga som används för att driva turbinen.

– Tillräckligt stora arealer kan man finna i den amerikanska öknen, men i små länder som Israel är det mycket svårt. Och så måste man räkna med att 15 procent av energin förloras när strömmen transporteras till städerna, säger Yuval Suss­kind.

Bättre utnyttjande

Dessa nackdelar har forskarna försökt kringgå i nästa generations solenergi, så kallade soltorn. Soltornen utnyttjar heliostater – vridbara speglar som följer solens gång. Solens strålar reflekteras och fokuseras mot en värmeväxlare placerad i ett torn, där värmen tas om hand. Heliostaterna kan fokusera solstrålarna i två riktningar, medan de stora markliggande speglarna i Mojaveöknen bara arbetar i en dimension. Medan de traditionella anläggningarna utnyttjar solstrålningen bäst när solen står i zenit, kan heliostaterna följa solstrålarna under hela dagen. Denna skillnad leder till att solenergin utnyttjas 30 procent bättre.

Den första europeiska soltornsanläggningen sattes i kommersiell drift i Spanien för ett antal år sedan. Den har en kapacitet på 11 megawatt. Även om den rent fysiskt är avsevärt mindre än anläggningen i Mojaveöknen, är den fortfarande så stor att den måste ligga på betydande avstånd från staden. Tornet är 115 meter högt och för att driva ångturbinen används 600 heliostater, var och en över 100 kvadratmeter stor.

Förutom att den spanska anläggningen är skrymmande, är det även svårt att lagra värmen. En timme efter solnedgång stannar turbinen, och samma sak sker förstås på dagen om det är molnigt. Det är ett problem som de israeliska forskarna nu har övervunnit.

Stort som ett skrivbord

– Grunderna för vår anläggning använder teknik som redan finns och är välkänd, säger svenskan Hanna Helena Strümpel-Klein, ansvarig för utvecklingen av kraftverket hos Aora Solar.

För att få ner storleken på anläggningen bytte forskarna ut ångturbinen mot en gasturbin, som inte tar mer plats än ett vanligt skrivbord. Den använder energi från endast 30 heliostater, var och en med en spegelyta på 20 kvadratmeter. Tornet för denna anläggning behöver inte vara högre än 30 meter, och på en fotbollsplan får det plats hela fem anläggningar av detta slag. Därmed är det möjligt att placera soltorn även inne i bebyggelse, med helio­stater monterade på hustak.

– Det är alltså en effektiv landanvändning. Den överskottsvärme som alltid bildas i gasturbiner kan användas som värmekälla i en biogasanläggning, säger Helena Klein.

– Värmen används för att sätta i gång nedbrytning av gödsel och andra biprodukter från jordbruk och boskapsskötsel, och på det viset används solen också till att producera biogas för att säkra turbinens drift under natten.

Tekniskt sker processen genom att solstrålarna leds in genom ett fönster till ett utrymme längst upp i tornet. Här komprimeras luft till fem gånger atmosfärstryck och värms till tusen grader av solens värme, innan den skickas vidare in i turbinen. Förutom en elgenerator driver turbinen också kompressorer för värmekammaren och en förbränningskammare. Den senare, som kan drivas med biogas, används bara när anläggningen har varit stillastående eller när solstrålarna inte räcker för att hetta upp luften. I tornet finns också plats för en liten värmeväxlare som transporterar bort överskottsvärmen för att sätta i gång rötning i en biogaskammare.

Hård konkurrens

– Anläggningen vi har utvecklat har en kapacitet på 100 kilowatt, vilket är relativt lite, säger Helena Klein.

Det finns dock flera sätt att öka energiproduktionen.

– Man kan höja kapaciteten genom att placera två eller flera soltorn på rad. Det är som legoklossar, man använder så många man behöver för det man vill uppnå. I praktiska försök har vi ökat kapaciteten genom att höja lufttemperaturen till 1300 grader och kompressionen till tio gånger atmosfärstryck. Vi ser stora möjligheter till förbättringar, säger Helena Klein.

En som är mer skeptisk är professor David Kahan, som forskar på konstgjord fotosyntes vid Weizmann-institutet. Han påpekar bland annat att investeringarna i en hybridsol­anläggning är så stora att strömmen i slutändan blir omkring 50 procent dyrare än från ett konventionellt kraftverk.

– Vi måste ha med alla energiformer, även kärnkraft, och vi kommer att leva med olja och kol i många år till. Men på lång sikt ser jag solenergi som en central källa, även om det ännu finns för många osäkra faktorer för att säkert kunna säga precis vilken teknik det kommer att bli fråga om.

Du har just läst en artikel från tidskriften Forskning & Framsteg. Prenumerera här.

Kommentera:

Dela artikeln:

TIDNINGEN FÖR DIG SOM ÄR NYFIKEN PÅ ALLVAR
10 nummer 779 kr
2 nummer 99 kr
Du vet väl att du kan läsa Forskning & Framsteg i din läsplatta? Ladda ned appen från App Store eller Google Play. (Läsplatteutgåvan ingår i alla prenumerationer.)

Lägg till kommentar