Китай започна изграждането на необичайна енергийна система, при която турбината няма да се задвижва от водна пара, а от въглероден диоксид, докато огромни количества разтопена сол ще съхраняват енергията за часовете с високо потребление.
Проектът „Жуйтан“ (Ruitan) се изгражда в електроцентралата „Бацзяо“ на China Huaneng в град Янтай, провинция Шандун. Строителството започна на 16 септември, а системата е представяна като първия в света мащабен търговски демонстрационен проект, който съчетава производство на електроенергия със свръхкритичен CO₂ и съхранение на топлина в разтопена сол.
В първия етап ще бъде изградена 50-мегаватова установка със свръхкритичен въглероден диоксид, свързана със система за съхранение с мощност 100 MW и капацитет 400 MWh. Китайските разработчици я описват като своеобразна CO₂ „топлинна батерия“.
Как ще работи централата
Принципът е сравнително лесен за обяснение, макар технологията зад него да е сложна.
Когато потреблението на електроенергия е ниско, излишният ток от двата съществуващи свръхсвръхкритични блока на централата ще се използва за нагряване на разтопена сол.
По този начин електричеството се преобразува в топлинна енергия и се съхранява в резервоари.
При ръст на потреблението процесът се обръща. Нагрятата сол освобождава натрупаната топлина, която повишава температурата на въглеродния диоксид. След това CO₂ задвижва турбината и системата произвежда електроенергия за мрежата.
Важно е да се уточни, че въглеродният диоксид не се изгаря като гориво. Той служи като работен флуид в затворен термодинамичен цикъл – роля, която в традиционните топлоелектрически централи обикновено изпълнява водната пара.
Какво е свръхкритичен CO₂
При достатъчно висока температура и налягане въглеродният диоксид преминава в свръхкритично състояние. Тогава той вече няма ясно разграничение между течна и газообразна фаза и съчетава характеристики и на двете.
Критичната точка на CO₂ се достига при около 31°C и налягане от 7,38 MPa. В проекта „Жуйтан“ работният флуид ще достига температура до 550°C.
Голямата енергийна плътност на свръхкритичния CO₂ позволява турбините и част от оборудването да бъдат по-компактни от еквивалентни парни системи.
Според China Huaneng технологията предлага по-висока ефективност, по-малки размери и по-голяма гъвкавост при промяна на натоварването.
Огромна батерия, но без литий
Една от най-интересните части на проекта е именно системата с разтопена сол.
Тя ще има мощност 100 MW и капацитет 400 MWh. На практика това означава възможност за отдаване на 100 MW мощност в продължение на около четири часа при номинален режим.
За разлика от литиево-йонните батерии тук електроенергията не се съхранява директно чрез химични реакции.
Токът първо се използва за нагряване на солта. Тя задържа топлината, а когато електричеството отново е необходимо, енергията преминава през обратната трансформация – от топлина към електричество чрез CO₂ турбината.
Подобно термично съхранение е особено интересно за големи електроенергийни системи, защото може да акумулира значителни количества енергия без необходимост от еквивалентен капацитет литиево-йонни батерии.
Мощността може да се променя четири пъти по-бързо
Едно от основните преимущества на системата трябва да бъде способността ѝ бързо да реагира на промените в електрическата мрежа.
Според разработчиците CO₂ блокът може плавно да регулира мощността си между 0 и 100% натоварване, а скоростта на промяната е около четири пъти по-висока от тази на традиционните въглищни блокове.
Това е важно за мрежи с нарастващ дял на слънчевата и вятърната енергия.
Производството им зависи от метеорологичните условия и може да се променя бързо. Когато слънчевата или вятърната генерация спадне, електроенергийната система се нуждае от източници, които могат сравнително бързо да увеличат подаваната мощност.
Когато производството е прекалено голямо, излишната електроенергия може вместо това да бъде насочена към съхранение.
Именно подобна роля трябва да изпълнява системата с разтопена сол.
Защо проектът е важен за въглищните централи
„Жуйтан“ не заменя съществуващите въглищни блокове в „Бацзяо“. Проектът по-скоро трябва да им даде допълнителна гъвкавост.
При ниско потребление част от излишната им електроенергия може да бъде превърната в топлина и съхранена, вместо производството да бъде незабавно намалено.
При пиково потребление натрупаната енергия може да бъде върната обратно в мрежата чрез отделната CO₂ система.
Така въглищната централа би могла по-лесно да балансира производството си спрямо промените в потреблението и генерацията от възобновяеми източници.
Китайската държавна комисия SASAC посочва именно подобряването на възможностите за дълбоко регулиране на въглищните мощности и подпомагането на електроенергийната система като една от основните цели на проекта.
Технологията не е ограничена само до въглища
Самият свръхкритичен CO₂ цикъл не е задължително обвързан с конкретен вид гориво.
За работата му е необходим източник на топлина, а това отваря възможности технологията в бъдеще да бъде комбинирана и с други енергийни системи.
Именно затова свръхкритичният CO₂ от години привлича интерес за приложения, при които компактността, високата температура и ефективното преобразуване на топлината в електричество са ключови.
При „Жуйтан“ обаче основната задача е друга – да бъде демонстрирана в голям мащаб комбинацията между термично съхранение и CO₂ турбина.
Пускът е планиран за 2027 г.
„Жуйтан“ е част от китайска национална научно-технологична програма за разработване и демонстрация на ключови технологии за т.нар. CO₂ „топлинна батерия“.
Очаква се проектът да бъде завършен и пуснат в експлоатация през 2027 г.
След изграждането му 50-мегаватовата установка трябва да бъде най-голямата демонстрационна система със свръхкритичен CO₂ от този тип, като китайските източници я определят и като проект с най-високи параметри в тази технологична категория.
Истинският тест ще започне именно след пускането.
Ако системата потвърди очакванията за ефективност, бърза реакция и надеждност при реална експлоатация, технологията може да предложи още един начин за съхранение на големи количества енергия и балансиране на мрежи с все по-голям дял възобновяеми източници.
В този смисъл Китай не просто строи необичайна турбина. „Жуйтан“ ще покаже дали комбинацията от две добре познати вещества – въглероден диоксид и разтопена сол – може да се превърне в практична част от електроенергийните системи на бъдещето.
