Inspiratie: "Special Operations"

Victorie in Victorian desert met
154 MWp HCPV plant?

Impressie van 1 van de te bouwen HCPV units met rechts de heliostaat velden en links de receiver stations. © Solar Systems, Melbourne (AU)

Introductie
Heliostat Concentrator Photovoltaic (HCPV)
Victoria 154 MWp plant - informatie
Ambitieuze plannen
Nagekomen
Links

Meer inspiratie? Duurzame Taal: Salderen (Vincent Bijlo); Mensen: Lennart H., Ton Peters, Dick en Netty van Reems; Projecten: Anna's Hoeve, Hoge Hoeve, Maatschap Boon, Familie Konijn, Parkschool, Lombok (Utrecht), Provinciehuis Zuid-Holland, Ecopark Waalwijk; PV-uitjes: Waarder/Zuid-Holland; "Special Operations": Fietstocht München - Roermond, Vogelperspectief, Gluren bij de buren, Victorian 154 MWp HCPV-plant; Uitdagingen: Solutra

Introductie

Concentrating solar power is een manier om van het alomtegenwoordige, doch relatief “diffuse” zonlicht via bundeling een “high energy input” bron te maken, en daar leuke dingen mee te doen. In de meest elementaire vorm kun je de fraaie Solar cookers zien, waarmee mensen in derde wereldlanden zeer efficiënt, bij hoge temperaturen, kunnen koken zonder dat ze kilometers voor het steeds schaarser wordende hout hoeven te lopen (bijna altijd de taak voor de vrouwen), en ze hun tijd veel nuttiger kunnen besteden. Dat is een vorm van direct gebruik van zonlicht als warmtebron.

Dan hebben we uiteraard die veelbesproken optie van de CSP technologie die het zonlicht als stralingsbron indirect gebruikt, namelijk om daar middels parabolische spiegels vloeistoffen in high-tech vacuümbuizen (Schott Solar uit Duitsland heeft hier dikke vinger in de pap) mee te verhitten, met die ontzaglijke hitte (honderden graden C) stoom te maken, en daarmee, zo wordt gesteld, zeer efficiënt elektriciteit op te wekken. Spin-off activiteiten van deze technologie zijn opslaan van de hitte in zoutbuffers zodat ook nadat de zon is verdwenen er nog een paar uur energie opgewekt kan worden, en ontzilting van zeewater in de woestijnachtige gebieden waar deze reuzencentrales zouden moeten komen. Meer info op de GEZEN website.

Er is tenslotte nog een derde benadering, HCPV, die zon-PV en principes van beide voornoemde opties combineert, namelijk het zonlicht bundelen met collectoren (zoals bij sommige toepassingen van CSP), en dat gebundelde zonlicht in laten stralen op high-tech, hoog rendement zonnecellen die bekend zijn uit de ruimtevaart en die aan de allerzwaarste eisen moeten voldoen. Men hoopt daarmee dus direct een hoop duurzame zonnestroom te maken, iets wat de CSP techniek eigenlijk via de omweg van vloeistof >>> stoom >>> elektra doet. Daarmee worden een hoop technologische, vloeistof- en gas-gerelateerde problemen vermeden (stoom, druk, leidingen, onderhoud), al komen er uiteraard weer anderen voor in de plaats (met name de concentratietechnologie en de zeer hoge temperaturen op de zonnecellen, gecombineerd met de koelingsproblematiek).

Impressie vanuit het heliostatenveld met blik richting een 40 meter hoog receiver station. © Solar Systems, Melbourne (AU)

Heliostat Concentrator Photovoltaic (HCPV)

Zo heet deze relatief nieuwe (op commercieel niveau gebrachte) technologie. Men is al een tijdje bezig met deze insteek, en blijkbaar is de techniek zover gekomen, dat men ter opschaling meteen maar een gigantische (uit units bestaande) centrale wil gaan neerzetten, en wel van maar liefst 154 MWp. Dat is dan meteen de allergrootste zonnestroom centrale die gebruik maakt van zonnecellen, maar dan wel met gebundeld zonlicht¹. Blijkbaar houden de Australiërs niet van dat kleine grut (10 MWp centrales in Duitsland en Spanje), maar gaan ze meteen in de vorm van power plants denken. Niet vergeten dat Australië energie ZUIPT, en het Kyoto Protocol niet heeft ondertekend, dan kunt u dit soort projecten meteen in perspectief plaatsen. Men wil het allemaal liefst op eigen houtje doen, en zoveel mogelijk in eigen land, zonder al te veel pottenkijkers, en bij voorkeur met eigen technologie.

Al dat fraais zou dus moeten gaan plaatsvinden in het uiterste noordwesten van Victoria, de meest zuidelijke provincie van Australië met Melbourne als hoofdstad, en wel mogelijk rond Mildura en Swan Hill.

Impressie van een HCPV unit met 8 receiver stations en een veld vol heliostaten. © Solar Systems, Melbourne (AU)

Gedestilleerd uit de diverse documenten beschikbaar op de website van het project volgt in de volgende paragraaf een opsomming van enkele, soms duizelingwekkende data.

¹Plannen voor een US$ 1,6 miljard kostende 300 MWp reuzencentrale met zonnecellenfabriek bij Deming in New Mexico (U.S.A.) zijn alweer van juni dit jaar en heb ik verder nog niets van vernomen.

Victoria 154 MWp plant - informatie

• Vooralsnog grootste serieus geplande (netgekoppelde) PV-centrale ter wereld
• Betrokken systeemleverancier: het Australische Solar Systems uit Melbourne
• PV deel: “Ultrahigh performance multi-junction” zonnecellen oorspronkelijk ontwikkeld voor satellieten door de Boeing spin-off Spectrolab¹, en door Solar Systems geoptimaliseerd voor gebruik in op het aardoppervlak staande powerstations. Gesproken wordt van een vermogen wat 1.500 keer zo groot is dan dat van een vergelijkbaar oppervlakte van “conventionele (vlakke) PV-modules” (niet gespecificeerd). De modules zelf zouden 3x zo efficiënt zijn dan standaard modules. Dit gecombineerd met een zonlicht concentratiefactor van 500, geeft de aangegeven factor 1.500

Triple junction cellen van Spectrolab gemonteerd op koelplaat (let op dimensies koelleiding voor water aan- en afvoer!). © Spectrolab http://www.spectrolab.com/prd/terres/q2.asp

¹Spectrolab heeft het over GaInP2, GaAs, en Ge triple-junction cellen en een wereldrecord omzettingsrendement, behaald in 2004, van 37,3%
Zie: http://www.spectrolab.com/prd/terres/cell-main.htm

• Zonnecellen: actief gekoeld m.b.v. een gesloten watergekoeld systeem. Dit moet de modules op een arbeidstemperatuur van zo’n 60 ºC houden, de gebundelde zonnestraling zou in theorie staal kunnen smelten.

1 van de high-yield PV receivers die Solar Systems gebruikt in hun HCPV centrales. Deze receiver, met het formaat van een klein raam, kan de jaarlijkse elektrabehoefte van 15 Australische huishoudens opwekken (plm. 90.000 kWh). © Solar Systems, Melbourne (AU)

• Concentrator technologie: Velden met in totaal 19.250 stuks “low cost” heliostaten - zonvolgende trackerstations met parabolische concentrators, bestaande uit losse spiegels; concentratiepunt (receiver) hoog boven het aardoppervlak in torens van 40 meter hoog
• Receivers (ontvangststations voor het gebundelde zonlicht): 246 receivers met in totaal 62.976 high yield PV modules (256 stuks per ontvangststation)
• Output: standaard, 3-fase netstroom
• Uitwisselbaarheid/upgrading: Aangezien per receiver slechts kleine hoeveelheden high-yield zonnepanelen worden ingezet, kan bij voortschrijdende technologische verbeteringen van de PV-modules op eenvoudige wijze het rendement van de (deel)centrale opgevoerd worden zonder dat hele velden van zonnepanelen vervangen moeten worden (zoals bij “klassieke” vrije veld installaties)
• Schaalbaarheid: technologie in te zetten in een grote range van het niveau MWp tot en met GWp
• Vermindering projectrisico's: vanwege de modulaire opzet, en relatief eenvoudige heliostaat technologie, zijn risico’s in vergelijking met de bouw van 1 gigantische centrale beter te ondervangen – verbeteringen kunnen op kleinere schaal aangebracht worden en snel gerealiseerd
• Kostenreductie: verwachte kostenreductie t.o.v. “klassieke zonnestroom” 75% van de elektriciteitsprijs
• Patenten: heliostaat controlesysteem (continu max. vermogen en betrouwbaarheid leveren); PV modules; actieve koeling. Technologie wordt al ingezet in 4 kleine centrales elders in Australië
• Zonnestroomcentrale: diverse deel-units op verschillende lokaties in NW. Victoria
• Ruimtebeslag: totaal 800 ha. Vanwege de gekozen concentrator technologie, kan de centrale in delen worden opgesplitst waarmee een gigantisch ruimtebeslag op 1 lokatie wordt voorkomen en de visuele impact wordt verminderd
• Elektriciteitsproductie: 270.000 MWh/jaar. Dekt het emissieloze elektriciteitsverbruik van 45.000 Australische huishoudens. Deze zouden dus volgens deze gegevens een zeer hoog elektraverbruik hebben van 6.000 kWh/jaar (al ken ik enkele NL huishoudens die 7.000-8.000 “normaal” vinden…)
• Vermeden CO2 emissies: 400.000 ton/jaar volgens normen van de Australian Greenhouse Office, toegepast op de situatie in Victoria. NB: in dit getal zijn ook de vermeden transmissieverliezen over de hoogspanningsleidingen (15%!) meegenomen (primair 396.000 ton/jaar vermeden CO2 emissies)
• Potentiële ecologische voordelen bovenop productie schone stroom: ter plekke ontzilten van grondwater via warmtewisseling van het opgewarmde koelwater (Australië heeft gigantische problemen met verzilting vanwege de o.h.a. zeer matige bodemstructuur en samenstelling, gecombineerd met de extreme verdamping)
• Reeds geïnvesteerd in deze technologie door het bedrijf (sinds 1990): AUD$50 miljoen
• Totale investeringskosten: AUD$420 miljoen, dat is ongeveer 252 miljoen euro
• Bijdrage federale investering: AUD$75 miljoen (grant vanuit het Federal Government’s Low Emissions Technology Demonstration Fund, LETDF, met in totaal AUD$500 miljoen in de pot), 18% van de totale investering
• Grant van de Victorian Government van AUD$50 miljoen (12% van de totale investering)
• Private investeringen: blijft over AUD$ 295 miljoen (177 miljoen euro)
• Lokale economie: grootste deel van de benodigde technologie en spin-off zal van Australische bedrijven zijn
• Verwachte investeringen in Victoria zelf: plm. 70% van de totale projectkosten; 10% van het totaal zal naar werkgelegenheid gaan
• Constructie: twee nieuwe constructiefaciliteiten, 1 voor de centrales zelf in NW Victoria, en 1 voor de zonnecelproductie in Melbourne zelf. Met 50 MWp/jaar (uit te breiden tot 100 MWp), zal dit de grootste zonnecelfabriek op het zuidelijke halfrond worden
• Werkgelegenheid: max. 950 jobs tijdens constructiewerkzaamheden; 44 permanent voor onderhoud en management; als de industriële ontwikkeling van zonnestroom succes heeft, op termijn 10.000 vaste banen
• Tijdpad: eerste deel van het project moet in 2010 opgeleverd worden, de volledige centrale zou in 2013 in bedrijf moeten zijn.

Reeds werkende proefcentrale met spiegels en afzonderlijke brandpunten met de daarin gebouwde zonnepanelen. © Solar Systems, Melbourne (AU)

Ambitieuze plannen

• In 2030 zou al 5 GWp aan vergelijkbare HCPV zoncentrales “uitgerold” moeten zijn over het Australische subcontinent, met een waarde van AUD$ 8 miljard. Als dit zou lukken, zou er in totaal 10 miljoen ton CO2 uitstoot per jaar vermeden kunnen worden en zou de zich zelf opgelegde (bepaald niet “heftige”) 2% broeikasgas emissiereductie van Australië gerealiseerd kunnen worden.
• Mondiaal potentieel: minder dan 1% van woestijngrond in de wereld zou de mondiale energiebehoefte kunnen dekken m.b.v. deze technologie (ik neem aan dat alleen elektriciteit bedoeld wordt)
• Geschatte mondiale PV-concentrator markt: AUD$ 500 miljard (300 miljard euro; conservatieve schatting volgens Solar Systems)…
• Men verwacht met de bouw van deze grootste PV-centrale ter wereld een nieuwe nationale industrie in het leven te roepen.

Om een indruk te krijgen van de geclaimde enorme efficiëntie verbetering t.o.v. “normale” PV-technologie hieronder een stukje uit een persbericht van Solar Systems en Spectrolab, van 14 augustus 2006:

“The technical outcomes of the joint work were demonstrated in April when the worlds’ first full scale ultra high efficiency PV generator was put into operation. Solar Systems upgraded one of it’s CS500 dishes at a power station it operates in Hermannsburg (central Australia) from approximately 24kW to 35kW simply by replacing the existing silicon PV modules with the new MJ cell based modules. The process took only 2 hours and the output of the system increased by more than 50%.”

NB: Hermannsburg ligt in de Macdonnell Range W. van Alice Springs, een bergketen in het zuiden van de Northern Territory. Er staan al kleine HCPV centrales met in totaal 30 eenheden in Hermannsburg, Yuendumu en Lajamanu (alle drie in NT); deze werken met spiegeleenheden die het zonlicht direct in een brandpunt bundelen waarin de PV modules zich bevinden. Wereldrecords (gerealiseerde zon-concentratiefactor bij werkende installatie) werden eerder behaald in kleine centrales in New South Wales en Victoria zelf (Fosterville).

Nagekomen

Van een trouw bezoeker van Polder PV kreeg ik het volgende leuke e-mailtje n.a.v. publicatie van deze webpagina:

"Dit is precies datgene waar het in de (1974) James Bond film "The man with the golden gun" om draait. Het verhaal draait om een hoog rendement zonnecel, de solex agitator. Een toren waarin de solex is bevestigd wordt door een door spiegels gebundelde straal zonlicht beschenen.

http://www.reel.com/movie.asp?MID=870&buy=closed&PID=10084651&Tab=reviews&CID=18#tabs

Science-fact dus."

Links

http://www.solarsystems.com.au (website systeemontwerper en uitvoerder)

http://www.abc.net.au/ra/innovations/stories/s1782276.htm (interview met Julia Birch, Sustainability Manager van Solar Systems Pty Ltd., door Radio Australia - uitgebreid transcript)
http://www.greencarcongress.com/2006/10/solar_systems_t.html (abstract, met diverse lezerscommentaren)
http://www.greenhouse.gov.au/solarcities (Australisch “Solar Cities” project om zonne-energie in al haar vormen onderdeel van een duurzamere energiehuishouding te laten worden)
http://www.energieportal.nl/nieuws/zonne-energie/... 1099.html (NL-talig bericht)
http://www.solarsystems.com.au/154MWVictorianProject.html (themapagina van het project, met div. links)
http://www.solarsystems.com.au/the_technology.html (technische pagina met beschrijving van de kleinere, reeds werkende parabolische spiegelcentrales)
http://www.spectrolab.com/DataSheets/TerCel/tercell.pdf (datasheet van het Amerikaanse Spectrolab met “terrestrisch type” triple-junction cell bestaande uit GaInP2, GaAs, en Ge)

webpage created Nov. 25, 2006