Wątpliwości

Coś mi tu nie gra. W Rozdziale 6. stwierdzono, że najlepsze ogniwa fotowoltaiczne dostarczają średnio 20 W/m2 w miejscach o nasłonecznieniu takim jak w Wielkiej Brytanii. Można by przypuszczać, że na pustyni te same ogniwa dostarczą 40 W/m2.

To dobre pytanie. A krótka odpowiedź brzmi: nie. Fotowoltaika z koncentracją nie osiąga lepszej mocy na jednostkę powierzchni niż płaskie moduły.

Ustrojstwo z koncentracją musi podążać za słońcem, w innym razie promieniowanie słoneczne nie zostanie właściwie zogniskowane – stąd też, kiedy zaczynamy pakować przyrządy z koncentracją na kawałku terenu, musimy zostawić pomiędzy nimi przerwy. Mnóstwo energii słonecznej ucieka, bo wpada w te przerwy. Mimo to produkuje się systemy z koncentracją, ponieważ obecnie są tańsze niż bardzo drogie płaskie moduły fotowoltaiczne. Celem speców od systemów z koncentracją NIE jest osiągnięcie większej mocy na jednostkę powierzchni.

Sama powierzchnia jest tania (tak przynajmniej zakładają). Celem jest dostarczenie jak największej mocy za 1 dolara.

Dlaczego nie rozważa się tutaj pokrycia Sahary płaskimi modułami, skoro charakteryzują się większą gęstością energetyczną?

Bo rozważam tutaj praktyczne możliwości wielkoskalowej zrównoważonej produkcji energii na potrzeby Europy i Afryki Północnej do roku 2050. Przypuszczam, że w 2050 roku zwierciadła wciąż będą tańsze niż moduły fotowoltaiczne, dlatego też powinniśmy skupić się na technologii koncentrowania energii słonecznej.

A co z kominami słonecznymi?

Komin słoneczny, zwany też wieżą słoneczną, wykorzystuje słońce w bardzo prosty sposób. W centrum obszaru pokrytego przezroczystym dachem ze szkła lub plastiku stawia się ogromny komin zasysający powietrze z dołu i wyrzucający do góry. Gorące powietrze jest lżejsze od zimnego, więc się unosi – strumień gorącego powietrza wytworzony w tym podobnym do szklarni kolektorze słonecznym ze świstem ucieka kominem, jednocześnie przyciągając chłodniejsze powietrze z obwodu kolektora. Energia pozyskiwana jest ze strumienia powietrza za pomocą turbin u podstawy komina. Kominy słoneczne, choć stosunkowo proste w budowie, nie zapewniają imponującej mocy na jednostkę powierzchni. Elektrownia pilotażowa w hiszpańskim Manzanares działała przez 7 lat, od 1982 do 1989 roku. Komin miał 195 m wysokości i 10 m średnicy, dach kolektora o średnicy 240 m składał się z 6000 m2 szkła i 40 000 m2 przezroczystego plastiku. Produkcja prądu wynosiła 44 MWh rocznie, co odpowiada mocy na jednostkę powierzchni rzędu 0,1 W/m2. Teoretycznie im większy kolektor i im wyższy komin, tym większa gęstość energetyczna komina słonecznego. Inżynierowie odpowiedzialni za projekt Manzanares szacują, że w lokalizacji o irradiancji 2300 kWh/m2 rocznie (262 W/m2) tysiącmetrowa wieża posadowiona na kolektorze o średnicy 7 km generowałaby rocznie 680 GWh, dając średnią moc rzędu 78 MW. Oznacza to moc na jednostkę powierzchni około 1,6 W/m2, co odpowiada mocy na jednostkę powierzchni farm wiatrowych w Wielkiej Brytanii i jednej dziesiątej mocy na jednostkę powierzchni koncentrujących elektrowni słonecznych (zgodnie z tym, co tutaj policzyliśmy).

Podobno kominy słoneczne mogłyby generować prąd w cenie zbliżonej do konwencjonalnych elektrowni. Sugeruję, by kraje o dużej wolnej powierzchni i nasłonecznieniu ogłosiły wielki konkurs między kominami słonecznymi a elektrowniami słonecznymi z koncentracją, sponsorowany przez kraje produkujące i konsumujące ropę naftową.

A gdyby tak sprowadzać energię z Islandii, która ma w bród energii geotermalnej i elektrowni wodnych?

W rzeczywistości Islandia już eksportuje energię, zasilając własny przemysł wytwarzający energochłonne produkty. Weźmy aluminium – Islandia wytwarza w ciągu roku niemalże tonę aluminium na mieszkańca! Z punktu widzenia Islandii, zyski mogą być spore. Czy jednak Islandia ocali Europę? Zdziwiłbym się, gdyby udało się zwiększyć produkcję energii na Islandii tak, by umożliwić znaczący eksport, choćby tylko do Wielkiej Brytanii. Zróbmy zestawienie z interkonektorem Anglia–Francja, który przesyła do 2 GW pod kanałem La Manche. Ta moc maksymalna odpowiada 0,8 kWh na Brytyjczyka dziennie, co z grubsza przekłada się na 5% średniego zużycia prądu na Wyspach. Średnia wielkość produkcji prądu ze źródeł geotermalnych na Islandii wynosi zaledwie 0,3 GW, a to mniej niż 1% średniego zużycia prądu w Wielkiej Brytanii. Średnia produkcja energii elektrycznej na Islandii wynosi 1,1 GW. By przesyłać energię równą zdolności przesyłowej francuskiego interkonektora, Islandia musiałaby potroić produkcję energii elektrycznej. By dostarczyć nam 4 kWh na osobę dziennie (mniej więcej tyle produkują brytyjskie elektrownie jądrowe), Islandia musiałaby zwiększyć produkcję prądu dziesięciokrotnie. Zapewne warto wybudować interkonektory łączące z Islandią, ale nie oczekujmy, że zrobi to istotną różnicę.