Amikor napenergiáról van szó, valószínűleg mindenkinek a magyar háztetőket is egyre inkább meghódító fotovoltaikus panelek ugranak be elsőként, pedig más izgalmas technológiák is ebbe a körbe tartoznak, mindenekelőtt a koncentrált naperőművek vagy naphőerőművek.

A koncentrált napenergia (CSP) technológiája már a napenergia-hasznosítás hajnalán megjelent, és épültek is ilyen erőművek világszerte, azonban a technikai nehézségek, a finanszírozás hiánya, illetve a kedvezőtlen szabályozási környezet hatására fokozatosan háttérbe szorult a fotovoltaikus (PV) napelemek mellett. Az utóbbi időben azonban ismét egyre ígéretesebb hírek látnak napvilágot a CSP-ről, amely így visszatérhet a napenergia-forradalom élvonalába.

A napelemekkel szemben a CSP nem villamos energiává, hanem hőenergiává alakítja a napenergiát, ezért naphőerőműveknek is nevezik őket. A koncentrált naperőművek tükrök segítségével fókuszált napsugarakkal egy hőátadó folyadékot vagy szilárd anyagot melegítenek fel extrém magas hőmérsékletűre. Ezt a hőt akár közvetlenül, akár villamos energia termelésére is fel lehet használni egy hőcserélőben vizet melegítve, majd a gőzzel egy generátort meghajtva.

Nonstop napenergia hő-, áram és hidrogéntermelésre

Ami a technológiát különösen felértékeli: a CSP-rendszerbe hatékony és alacsony költségű hőenergia-tároló megoldások is integrálhatók, így akkumulátoros energiatároló nélkül képes folyamatos energiatermelésre. A rendszer akár 6–12 óráig is képes a hőt tárolni, majd elektromos áramot termelni belőle, míg a lítiumakkumulátorok kellő hatékonysággal erre csak 3–4 óráig képesek. Az Egyesült Államokban végzett kutatások szerint a hőenergia-tárolóval integrált koncentrált naperőművek a költségeket tekintve már versenyképesek az akkumulátoros energiatárolással szemben.

A naphőerőművek fejlesztésének az is lendületet adhat, hogy az elektrolízis hőalapú kémiai alternatíváját kínálja a zöldhidrogén előállítására. Míg az elektrolízis során villamos energia segítségével hidrogénre és oxigénre bontják a vizet, addig a szolár termokémiai hidrogéntermelő rendszerben egy kétlépéses vegyi folyamatban, részben 1400 °C-ot meghaladó hőmérsékleten történik a tiszta hidrogén előállítása. A tengerentúli tudósok által fejlesztett új eljárás energiahatékonyabb, mint az elektrolízis, így szerepe lehet a zöldhidrogén-előállítás árának versenyképes szintre való leszorításában.

Ez a hőtermelési és energiatárolási képesség előnyössé teszi a CSP-t más megújuló technológiákkal szemben, akár a villamosenergia-ellátás zavartalanságának, akár az egyebek mellett számos ipari folyamathoz szükséges hőellátás hatékony és karbonsemleges biztosításának szempontjából nézzük. Az ipar kibocsátásának csökkentése villamos energiával csak részben lehetséges, ezért a szélenergia vagy a fotovoltaikus napenergia korlátozott potenciállal bír a szektor dekarbonizálásában. Márpedig az ipari hőigény a teljes energiafogyasztás jókora részét, 20–25 százalékát is kiteheti.

Kapcsolódó bejegyzések

Technológiai forradalom küszöbén a napelempiac – jönnek az átlátszó panelek

A napenergia előretörőben van, de még mindig kisebbik részét teszi ki az energiamixnek. Nézzük, milyen technológiai újítások jönnek!

Egyelőre marginális szerepben

A CSP hozzájárulása a világ energiaellátásához egyelőre minimális. Az első nagy méretű naphőerőművek az 1980-as években épültek, de a működő egységek száma napjainkban is csak 120 körül van, a telepített kapacitás több mint harmada pedig Spanyolországban található. Miközben a világszerte telepített PV-naperőművek kapacitása már meghaladja az 1000 GW-ot, addig a koncentrált naperőművek teljes beépített teljesítőképessége mindössze körülbelül 6 GW. A növekedés üteme jelentősen elmarad a klímacélok eléréséhez szükségesnek tartottól.

A technológia eddigi marginális szerepét részben a technikai kihívások magyarázzák. A villamos energia hőből történő előállítása drágább és kevésbé hatékony, mint a fotovoltaikus eljárás. Ezzel együtt 2020-ban a megújuló technológiák közül a CSP teljes élettartamra számított áramtermelési költségei csökkentek a legnagyobb mértékben, a folyamat pedig várhatóan a következő években is folytatódik. Emellett a CSP-erőművek működéséhez sok víz kell, miközben a napfénynek való kitettség maximalizálása érdekében a koncentrált naperőműveket leginkább sivatagokba vagy egyéb vízhiányos területekre célszerű telepíteni.

Mivel a költséghatékonyság a CSP esetében is a besugárzási értékekkel és az erőmű méretével növekszik, nem meglepő módon a koncentrált naperőművek eddig azokban a déli régiókban tudtak valamelyest teret nyerni, ahol a legnagyobb a hajlandóság az ilyen projektek finanszírozására. Ilyen például Dél-Afrika, a Közel-Kelet, Észak-Afrika, de Kína és az Egyesült Államok bizonyos területei is említhetők. A következő generációs koncentrált naperőművek megjelenésével kecsegtet, hogy világszerte több helyen folynak fejlesztések a technológia tökéletesítése és a költségek csökkentése érdekében, elsősorban a leginkább megfelelő hőátadó anyagok, valamint az olcsóbb és hatékonyabb tükörrendszerek kifejlesztésének céljával.

A napelemek természetes kiegészítője

Egy Bill Gates Microsoft-alapító által támogatott cég a mesterséges intelligencia alkalmazásának lehetőségét vizsgálja a CSP-erőmű tükreinek folyamatos optimális tájolása érdekében. Ugyanez a vállalat, a Heliogen egy elsőre kevéssé forradalminak tűnő, de valójában nagyon is jelentős lehetséges hatású újítást is bevezetett: egységes méretben gyártja a napsugarakat koncentráló tükröket, amelyek eddig minden egyes erőműhöz egyedileg voltak megtervezve és kivitelezve. Ez a lépés képes lehet tovább csökkenteni a technológia költségeit azáltal, hogy lehetővé teszi a tükrök tömeggyártását. Mindemellett más új projektek is futnak, amelyek például a CSP-t karbonmentes kerozin előállítására tennék alkalmassá, avagy a kőolaj-kitermelés karbonlábnyomának csökkentését célozzák.

Mindezért a koncentrált napenergiára nem úgy érdemes gondolni, mint amely helyettesítheti a fotovoltaikus napenergiát, sokkal inkább a kiegészítőjeként. Így, míg egyes szegmensek, például az ipar karbonmentesítésében a koncentrált napenergia lehet a nyertes, addig máshol, például a lakóházak tetőin valószínűleg soha nem fog labdába rúgni a napelemek mellett. Bár egy német startup már jelentkezett is az akár családi házak tetejére is telepíthető CSP-rendszer koncepciójával.