太陽光発電タワー

集光型太陽光発電タワー：

ソーラータワー（別名「セントラルタワー」発電所、または「ヘリオスタット」発電所）は、太陽光を集光塔で集光する太陽熱発電の一種です。ヘリオスタットと呼ばれる可動式の平面鏡を用いて太陽光を集光塔（ターゲット）に集光します。集光型太陽光発電（CSP）システムは、再生可能で汚染のないエネルギーを実現する現実的なソリューションの一つと考えられています。[1]

初期の設計では、これらの集光光線を用いて水を加熱し、発生した蒸気でタービンを回していました。液体ナトリウムを用いた新しい設計が実証されており、溶融塩（硝酸カリウム40% 、硝酸ナトリウム60% ）を作動流体として用いるシステムも現在稼働しています。これらの作動流体は高い熱容量を有しており、タービンを駆動するために水を沸騰させる前に、熱エネルギーを蓄えることができます。熱エネルギーを蓄えて後で回収することで、太陽が照っている間だけでなく、日没後（または曇り空になった後）も数時間にわたって継続的に発電することができます。

料金

2021年、米国国立再生可能エネルギー研究所（NREL）は、10時間蓄電した場合の集光型太陽熱発電のコストを、2021年には1kWhあたり0.076ドル、2030年には1kWhあたり0.056ドル、2050年には1kWhあたり0.052ドルと推定した。[2] 2007年には、 ESolar（当時はGoogle.orgの支援を受けていた）などの企業が、安価でメンテナンスの手間が少なく、量産可能なヘリオスタット部品を開発しており、近い将来にコストが削減されることになっていた。[3] ESolarの設計では、コンクリート、鋼鉄、掘削、クレーンなどの設置システムの設置コストを削減するために、多数の小さな鏡（1.14 m 2）が使用されていた。2017年10月、GreenTech Mediaの記事で、eSolarが2016年後半に事業を停止したと示唆された。[4]

現在の 2 つのタンク (高温/低温) 設計から、クォーツァイト熱充填材と酸素ブランケットを備えた単一タンクのサーモクライン システムに移行するなど、作動流体システムを改善することで、材料効率が向上し、コストがさらに削減されます。

デザイン

イスラエルのアシャリム発電所は完成すると世界で最も高い太陽光発電タワーとなる。
カリフォルニア州の廃止されたソーラーツー
  • 一部の集光型太陽光発電（CSP）タワーは、限られた砂漠の水の使用を避けるために、水冷式ではなく空冷式になっている[5]
  • より高価な曲面ガラスの代わりに平らなガラスが使用される[5]
  • 太陽が照っていない間も発電を継続するために溶融塩容器に熱を蓄える蓄熱システム
  • 蒸気は500℃（932℉）まで加熱され、発電機に接続されたタービンを駆動して電気を生成します。
  • ヘリオスタットアレイの位置、アラーム、その他のデータ取得および通信を含むプラントのすべての活動を監視および制御する制御システム。

一般的に、施設では 150 ヘクタール (1,500,000 m 2 ) から 320 ヘクタール (3,200,000 m 2 ) を使用します。

2023年、オーストラリアの国立科学機関CSIROは、集光された太陽エネルギーのビームを小さなセラミック粒子が通過するCSP装置をテストしました。セラミック粒子は溶融塩よりも多くの熱を蓄えることができ、熱伝達を低下させる容器を必要としません。[6]

環境問題

大規模な太陽光集光設備は、上空を飛ぶ鳥を焼死させる可能性があるという証拠があります。アレイの中心付近では、温度が550℃（1,022℉）に達することもあり、太陽光束自体も鳥を焼死させるのに十分な温度です。さらに遠くにいる鳥の羽も焦げ、最終的には死に至る可能性があります。イヴァンパでは、2分ごとに1羽の鳥が焦げていると報告されています。イヴァンパ太陽光発電所の作業員は、これらの鳥を「ストリーマー」と呼んでいます。空中で発火し、煙をたなびかせながら地面に落下するからです。ヘリオスタットの初期待機位置の試験中に、集光された太陽光束に突入した115羽の鳥が死亡しました。運用開始から6ヶ月間で、合計321羽の鳥が死亡しました。待機手順を変更し、1点に4基以上のヘリオスタットを集光しないようにしてからは、鳥の死亡事故は発生していません。[7]

イヴァンパ太陽光発電施設は、毎朝数時間にわたって化石燃料を燃焼させ、すぐに運転温度に達する必要があるため、カリフォルニア州によって温室効果ガス排出源として分類されています。[8]

商用アプリケーション

複数の企業が、公益事業規模の発電所の計画、設計、建設に携わっています。太陽光発電に革新的なソリューションを適用したケーススタディは数多く存在します。ビームダウン方式（カセグレン光学系を備えた中央集光型集光装置の一種[9]）[要説明]のタワー型発電も、ヘリオスタットを用いて作動流体を加熱することで実現可能です[10] 。

新しいアプリケーション

ビンガムキャニオン鉱山のピットパワータワーのコンセプト

ピットパワータワー[11] [12]は、廃坑となった露天掘り鉱山に設置された太陽光発電塔と航空電力発電塔[13]を組み合わせたものです。従来の太陽光発電塔は、塔の高さと、近隣のヘリオスタットが受信機への視線を遮るため、設置面積が制限されていました。ピット鉱山の「スタジアム席」を利用することで、この遮蔽制約を克服することができました。

太陽光発電タワーは一般的に蒸気を用いてタービンを駆動しますが、太陽エネルギーが豊富な地域では水が不足する傾向があります。そのため、露天掘りのもう一つの利点は、地下水位より下に掘削されているため、水が溜まりやすいことです。露天掘り発電タワーは、熱電併給システムの気送管を駆動するために、低熱蒸気を使用しています。この種のプロジェクトに露天掘り鉱山を再利用する3つ目の利点は、道路、建物、電力といった鉱山インフラを再利用できる可能性があることです。

太陽光発電タワー

太陽光発電タワー一覧

名前開発者/オーナー完了国町高さ（メートル）高さ（フィート）コレクター設置最大
容量
*(MW)		年間総エネルギー
生産量
（GWh）
夜明け[14]シンヘリオン2024ドイツユーリッヒ20メートル65.6フィート
ヌール・エナジー1ACWAパワー2022アラブ首長国連邦サイフ・アル・ダハル、ドバイ262.44メートル861フィート
アシャリム発電所メガリム太陽光発電2019イスラエルネゲブ砂漠260メートル853フィート50,600121MW320
ワルザザート太陽光発電所モロッコ持続可能エネルギー庁2019モロッコワルザザート250メートル820フィート7,400150MW500
セロ・ドミナドール太陽熱発電所[15]アクシオナ (51%) とアベンゴア (49%)2021チリカラマ250メートル820フィート10,600110MW
レッドストーン太陽熱発電ACWAパワー2023南アフリカ北ケープ州ポストマスバーグ100MW [16]
寿杭敦煌 100 MW フェーズ II [17]北京寿航 IHW2018中国敦煌220メートル722フィート1万2000100MW390 [18]
青海拱河CSP [19]2019中国貢河210メートル689フィート50MW156.9
Khiソーラーワンアベンゴア2016南アフリカアピントン205メートル673フィート4,12050MW180
クレセントデューンズ太陽光発電プロジェクトソーラーリザーブ2016アメリカ合衆国トノパ200メートル656フィート10,347110MW500
サプコン・ソーラー・デリンガ[20]サプコンソーラー2016中国デリンガ200メートル656フィート50MW146
海西50MW CSPプロジェクト[21]魯能青海光恒新能源2019中国周海西188メートル617フィート4,40050MW
ハミ 50 MW CSP プロジェクト[22] [23]サプコンソーラー2019中国ハミ180メートル590フィート50MW
PS20太陽光発電所アベンゴア・ソーラー2009スペインサンルーカル・ラ・マヨール165メートル541フィート1,25520MW48
ジェマソーラー熱太陽熱発電所トレソル・エナジー2011スペインセビリア140メートル460フィート2,65019.9MW80
イヴァンパ太陽光発電施設（3棟）ブライトソース・エナジー2014アメリカ合衆国モハーベ砂漠139.9メートル459フィート173,500392MW650
寿杭敦煌 10 MW フェーズ I [24]2018中国敦煌138メートル453フィート1,525 [25]10MW
サンドロップファームオールボーCSP2016オーストラリアポートオーガスタ127メートル417フィート23,712 [26]1.5MW
大漢発電所[27]中国科学院電気工学研究所2012中国ダハン118メートル387フィート1001MW
PS10太陽光発電所アベンゴア・ソーラー2007スペインサンルーカル・ラ・マヨール115メートル377フィート62411MW23.4
ソーラープロジェクト米国エネルギー省1981アメリカ合衆国モハーベ砂漠100メートル328フィート1,818 後に 1,9267MW、後に10MWいや、破壊された
サプコンソーラーデリンガ10MW [28] (2基)サプコンソーラー2013中国デリンガ100メートル328フィート10MW
国立太陽熱試験施設米国エネルギー省1978アメリカ合衆国ニューメキシコ州アルバカーキ60メートル200フィート1MW（5～6MWt）ナ、デモ参加者
ユーリッヒソーラータワードイツ航空宇宙センター2008ドイツユーリッヒ60メートル200フィート20001.5MWナ、デモ参加者
グリーンウェイCSPメルスィンソーラータワーグリーンウェイCSP2013七面鳥メルスィン60メートル200フィート5101MW（5MWt）
ACMEソーラータワー[29]ACMEグループ2011インドビカネール46メートル150フィート14,2802.5MW
シエラ サンタワー（2棟）eソーラー2010アメリカ合衆国モハーベ砂漠46メートル150フィート[30]24,0005MWいや、破壊された
ジェマロンCSPパイロットプラント[31]2017オーストラリアジェマロン5x 27メートル5x89フィート3,5001.1MW（6MWt）


参照

参考文献

  1. ^ 「集光型太陽光発電のコストは2010年から2019年の間に47%減少｜スペインおよび世界の風力セクターに関するREVEニュース」2020年7月29日。 2022年4月16日閲覧。
  2. ^ 「NREL電力年間技術ベースライン（ATB）」国立再生可能エネルギー研究所。2021年。
  3. ^ Googleの目標：再生可能エネルギーは石炭よりも安価 2007年11月27日
  4. ^ Deign, Jason (2017年10月12日). 「集光型太陽光発電の有力企業ESolarが撤退」. GreenTech Media . 2019年6月13日閲覧。
  5. ^ ab 「FAQs」. Brightsourceenergy.com . 2019年9月28日閲覧。
  6. ^ Houser, Kristin (2023年11月12日). 「オーストラリアの科学者が集光型太陽光発電で画期的な成果を達成。集光された太陽光ビームにセラミック粒子を落とし、華氏1450度まで加熱した」Freethink . 2023年11月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  7. ^ Kraemer, Susan (2015年4月16日). 「太陽光発電タワーでの鳥の死を防ぐ奇妙なトリック」. Clean Technica . 2017年2月20日閲覧。
  8. ^ Danelski, David (2015年10月21日). 「環境に優しいのは簡単ではない：ネバダ州近郊のイヴァンパ太陽光発電所は大量の天然ガスを燃焼し、州法で温室効果ガス排出源とされている」オレンジカウンティ・レジスター紙. カリフォルニア州サンタアナ. 2016年9月14日閲覧。
  9. ^ Mokhtar, Marwan Basem (2011). 「ビームダウン式太陽熱集光装置：実験的特性評価とモデリング」（PDF） . Masdar Institute of Science and Technology : i – via Massachusetts Institute of Technology.
  10. ^ 「世界初の商用ビームダウンタワー型集光型太陽光発電プロジェクトの3つの太陽電池モジュールが送電網に接続される」 。 2019年8月18日閲覧。
  11. ^ ピットパワータワー - 代替エネルギーニュース 2009年2月
  12. ^ ピットパワータワー米国特許
  13. ^ エネルギータワー
  14. ^ Synhelion. 「Synhelionの太陽光燃料プラント | Synhelion」. synhelion.com . 2025年5月11日閲覧。
  15. ^ 「Atacama-1 | 集光型太陽光発電プロジェクト」solarpaces.nrel.gov。2020年1月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  16. ^ 「ACWA PowerのRedstone CSP、建設9ヶ月目に負債を削減」2022年2月22日。
  17. ^ https://www.sh-ihw.es/dunhuang100 [リンク切れ]
  18. ^ 「Shouhang Dunhuang 100MW Phase II | Concentrating Solar Power Projects」solarpaces.nrel.gov。2019年6月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  19. ^ 「コシンソーラーテクノロジー株式会社」.
  20. ^ 「コシンソーラーテクノロジー株式会社」.
  21. ^ 「魯能海西50MW溶融塩タワー｜集光型太陽光発電プロジェクト」solarpaces.nrel.gov。2019年6月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  22. ^ 「CPECCハミタワー集光型太陽光発電プロジェクト、2019年半ばに完成予定」
  23. ^ 「ハミ50MW CSPプロジェクト｜集光型太陽光発電プロジェクト」solarpaces.nrel.gov。2019年6月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  24. ^ 「Shouhang Dunhuang 10 MW Phase I | Concentrating Solar Power Projects」. solarpaces.nrel.gov . 2019年6月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  25. ^ 「ShouhangとEDF、集光型太陽光発電におけるs-CO2サイクルを試験へ」2019年3月29日。
  26. ^ 「Sundrop CSP プロジェクト | 集光型太陽光発電プロジェクト | NREL」。
  27. ^ 「Dahan Power Plant | Concentrating Solar Power Projects」. solarpaces.nrel.gov . 2019年6月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  28. ^ 「コシンソーラーテクノロジー株式会社」.
  29. ^ 「ACME ソーラータワー | 集光型太陽光発電プロジェクト | NREL」。
  30. ^ 「ESolar Sierra SunTowerプロジェクトがオフライン - 説明」2010年6月16日。
  31. ^ 「ジェマロングCSPパイロットプラント – 1.1MWe」Vast Solar . 2021年4月24日閲覧。
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