Figuur 1. Blokschema van een zonthermische krachtcentrale
Het grijze gebied geeft een komplete thermische centrale, met als warmtebron het vuur van gas, olie of kolen of de warmte van een kernreactor. Een zonthermische krachtcentrale is in feite een thermische centrale waarbij het vuur is vervangen door een veld met spiegels die de zonnestralen concentreren zodat er een hoge temperatuur ontstaat.
In de condensor wordt de stoom (bij lage druk) in water omgezet (zoals ruiten beslaan in de winter). Het water wordt met een pomp teruggevoerd naar de stoomketel, waar de hoge temperatuur ervoor zorgt dat het water weer verdampt en stoom wordt onder hoge druk. De warmte die in de condensor ontstaat moet worden afgevoerd bij een zo laag mogelijke temperatuur, hiervoor is koeling nodig. Hoe lager de temperatuur, hoe hoger de opbrengst aan elektriciteit. Daarom worden in Nederland de centrales aan zee gebouwd, want daar is onbeperkt koelwater aanwezig.
CSP-centrales staan bij voorkeur in gebieden met veel zon, en meestal ver verwijderd van grote watermassa’s. Er wordt dan water opgepompt en in koeltorens verdampt.
PROBLEEM 1:
Op steeds meer locaties is onvoldoende water beschikbaar voor koeltorens. Er moet dan gekoeld worden met lucht, maar de temperatuur in de condensor is dan hoger, waardoor de opbrengst van de zonnecentrale 5 tot 15% lager is dan bij koeling met waterconsumerende koeltorens. Hoe kunnen we de condensortemperatuur verlagen zonder water te hoeven gebruiken?
- De zonnestralen worden geconcentreerd met spiegels, er zijn 4 verschillende methoden.
Parabolische trogspiegels worden het meest toegepast. De zonnestralen worden geconcentreerd op een absorberbuis die 400 graden heet wordt. In de buis wordt olie verwarmd. De rij trogspiegels staat in de richting Noord-Zuid. De spiegels moeten steeds op de zon gericht blijven en draaien in de loop van de dag langzaam om een horizontale as. Een zonnespiegelcentrale bestaat uit honderden rijen trogspiegels die ieder vele honderden meter lang zijn.
De eindeloze trogspiegelrijen van de 64 MW zonnespiegelcentrale Nevada Solar 1 bij Las Vegas, USA.
Een variant is een veld met lineaire Fresnelspiegels. Iedere afzonderlijke, smalle spiegel draait om 1 as en houdt de weerkaatste zonnestralen gericht op de secundaire spiegel die de stralen daarna naar de hete absorberbuis stuurt.
De 140 meter hoge zonnetoren van Gemasolar in Fuentes de Andalucia, Spanje, wordt beschenen door 2650 heliostaatspiegels met 120 m2 spiegeloppervlak. De 20 MW centrale heeft een opslagcapaciteit van 15 uur vol vermogen.
Parabolische schotelspiegels worden nog niet gebruikt voor grootschalige elektriciteitsproductie.
De overdag opgevangen hitte van de zon kan goed opgeslagen worden in een voorraadvat met bv. gesmolten zout. Die warmte kan dan ‘s avonds en ‘s nachts gebruikt worden om stoom en electriciteit te produceren. Tijdens langdurige periodes zonder zon kunnen branders worden ingeschakeld die aardgas of waterstof verstoken. Hiermee kan een zonthermische krachtcentrale een absolute leveringsgarantie geven.
Een land met een zonnig klimaat kan zich permiteren om 100% van zijn electriciteit te betrekken van zonthermische krachtcentrales!
Bij het transport van electriciteit uit het Middellandse Zee gebied naar Centraal en Noord-Europa wordt gebruik gemaakt van hoogspanningsleidingen die op gelijkstroom werken, hiermee kan stroom worden getransporteerd van Zuid-Marokko naar Nederland, waarbij de verliezen slechts 15% zijn.