明るい太陽の光で「充電」：世界初の「2塔1機」太陽熱エネルギー貯蔵発電所が登場 →

著者：Duan Yuechu、Huang Yanhong

世界的なエネルギー変革の波の中で、再生可能エネルギーの開発と利用が時代の焦点となっています。 2024年7月16日、三峡集団は世界初の「双塔一機」太陽熱エネルギー貯蔵発電所の主要プロジェクトが試運転段階に入ったというエキサイティングなニュースを伝えた。エンジニアリングチームは、今年末までにこれを稼働させて発電できるように全力を尽くしています。これはエネルギー分野における大きな進歩であり、将来のエネルギー開発への新たな道を切り開くことになるでしょう。

再生可能エネルギーの新たな利用方法として、太陽熱エネルギー貯蔵技術が近年徐々に注目を集めるようになりました。従来の太陽光発電とは異なり、太陽熱発電では、多数のヘリオスタットを使用して太陽光を熱吸収塔に集中させ、溶融塩などの熱伝達媒体を加熱して蒸気を発生させ、タービンを駆動して発電します。また、余分な熱を蓄え、必要に応じて放出することで、継続的かつ安定した電力出力を実現できます。この技術は蓄熱時間が長く、応答速度が速く、出力電力が安定しており、再生可能エネルギーの間欠性と不安定性の問題を解決し、グリッドの受け入れ能力を向上させる上で大きな意義を持っています。

三峡集団が建設した世界初の「2塔1機」太陽熱エネルギー貯蔵発電所は、技術革新と応用モデルにおいて大きな進歩を遂げた。発電所には、蒸気タービン発電機を共有する 2 つの隣接する熱吸収塔があります。塔の下には約3万個のヘリオスタットが設置されており、80万平方メートルの照明エリアを提供します。三峡集団の瓜州太陽熱エネルギー貯蔵プロジェクトのマネージャーである温江紅氏は、この発電所では太陽の自転を追跡する鏡を使って太陽光を熱吸収塔に集中させ、溶融塩を加熱して蒸気タービンを駆動し、発電していると紹介した。この独自の設計により、同じ境界条件下で光学効率が約 24% 向上し、太陽エネルギーの利用効率と発電所の発電能力が大幅に向上します。

さらに、この発電所には巨大な「パワーバンク」のような6時間溶融塩蓄熱システムが設置されており、太陽光が十分なときに余分な熱を蓄え、太陽エネルギーが不足する夜間や曇りの日にそれを放出することで、発電所が安定して電力を出力し続けることを保証します。このピークカット性能により、太陽熱エネルギー貯蔵発電所は電力網との連携を改善し、電力網に安定した電力サポートを提供できるようになり、電力網の安全性と信頼性の向上に大きな意義をもたらします。

エネルギー開発のマクロ的な観点から見ると、世界初の「2塔1機」太陽熱エネルギー貯蔵発電所の建設は、非常に大きな意義を持っています。まず、再生可能エネルギーの大規模応用に向けた新たな技術的道筋とソリューションを提供します。クリーンエネルギーに対する世界的な需要が高まるにつれ、太陽熱エネルギー貯蔵技術は将来のエネルギー構造の重要な部分となり、風力や太陽光発電などの再生可能エネルギー源を補完して、共同でエネルギー変換を促進することが期待されています。第二に、発電所の建設は、太陽熱エネルギー貯蔵の分野における我が国の技術レベルと産業競争力の向上に貢献するでしょう。エネルギー技術における熾烈な世界的競争を背景に、高度な太陽熱エネルギー貯蔵技術を習得することは、エネルギー分野における我が国の発言力と影響力にとって極めて重要です。最後に、太陽熱エネルギー貯蔵発電所の開発は、炭素排出量の削減と気候変動への対応に積極的な役割を果たすでしょう。従来の化石エネルギーの代わりに太陽エネルギーなどのクリーンエネルギーを使用すると、温室効果ガスの排出を効果的に削減し、地球規模の気候目標の達成に貢献できます。

しかし、太陽熱エネルギー貯蔵技術の開発には課題が存在します。一方で、太陽熱エネルギー貯蔵発電所の建設コストは高く、大規模に普及・適用するためにはコストの削減や技術・経済効率の向上が必要です。一方、太陽熱エネルギー貯蔵技術は、材料、設備、プロセスにおいて技術的なボトルネックがあり、研究開発投資を増やし、産学研究の協力を強化し、主要な技術的困難を突破する必要があります。さらに、太陽熱エネルギー貯蔵発電所の開発には政策的な支援と指導が必要であり、企業の投資増加を奨励し、業界の健全な発展を促進するための合理的な政策措置の策定も必要である。

多くの課題にもかかわらず、世界初の「2塔1機」太陽熱エネルギー貯蔵発電所の建設は、太陽熱エネルギー貯蔵技術の発展に大きな推進力を注入しました。近い将来、技術の進歩とコスト削減により、太陽熱エネルギー貯蔵技術が世界中で広く使用され、人類社会の持続可能な発展のための確固たるエネルギー保証を提供すると信じています。今年末までに発電所が稼働し、順調に発電を開始することを期待しています。また、太陽熱エネルギー貯蔵技術が将来さらなる奇跡を起こし、私たちの生活により多くの緑と光をもたらすことを期待しています。

太陽熱エネルギー貯蔵技術の利点は次のとおりです。

1. エネルギー貯蔵容量：溶融塩蓄熱システムは、大容量と長期エネルギー貯蔵特性を備え、余剰熱を貯蔵し、数時間またはそれ以上のエネルギー貯蔵を実現できます。太陽光がないときでも継続的かつ安定的に発電でき、出力電力が安定しているため、電力網の円滑な運用と電力の安定供給に役立ちます。

2. ピークカット性能：応答速度が速く、電力網のニーズに応じて発電を迅速に調整できます。優れたピークカット能力を備えており、電力網のピークカットと周波数調整に大きな意義があり、電力需要の変化により適切に適応できます。

3. ディスパッチ可能性：天候や時間帯に依存する太陽光発電などのエネルギー形態と比較して、太陽熱エネルギー貯蔵発電所の発電プロセスは制御とディスパッチが容易であり、電力需要に応じて発電計画を柔軟に調整できます。

4. 互換性：従来の火力発電システムと互換性があり、既存の火力発電インフラストラクチャと技術を活用して、技術の変換と適用の難易度を軽減します。

5. 環境に優しく持続可能：エネルギー源として太陽エネルギーを使用し、稼働中に温室効果ガスやその他の汚染物質を排出しません。環境に優しく、持続可能なクリーンエネルギー技術です。

太陽熱エネルギー貯蔵技術の欠点は次のとおりです。

1. 高コスト：太陽熱エネルギー貯蔵発電所の建設には、多数のヘリオスタット、熱吸収塔、熱貯蔵システムなどの設備が必要です。初期投資コストは高額で、機器の調達、設置、土地利用などの費用がかかります。

2. エネルギー変換効率：太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するプロセスでは、全体的なエネルギー変換効率が低く、太陽エネルギーの一部は伝送および変換中に失われます。

3. 気象条件への依存: エネルギー貯蔵システムはこの問題を軽減できますが、長期間の雨や砂嵐、その他の厳しい気象条件は太陽エネルギーの収集と利用に影響を与え、発電効率を低下させます。

4. 占有面積が広い：太陽エネルギーを収集するには多数のヘリオスタットを設置する必要があるため、太陽熱エネルギー貯蔵発電所は通常、土地資源が限られている地域では広い土地を必要とします。

CSP テクノロジーのコストを削減する方法は次のとおりです。

1. 技術革新と研究開発：

- 材料イノベーション：高性能かつ低コストのヘリオスタット材料、吸熱材料、蓄熱材料を開発する。たとえば、ヘリオスタットを製造するための効率的で低コストの反射材料を見つけたり、蓄熱システムで使用するための新しい低コストの高温溶融塩の配合を開発したりします。

- プロセス改善：CSPプラントの設計・建設プロセスを最適化し、設備の製造・設置効率を向上させ、建設コストを削減します。たとえば、ヘリオスタットの製造プロセスを改善して効率を高め、コストを削減します。

2. 規模の経済性：

- 大規模建設：太陽熱エネルギー貯蔵発電所の大規模建設により、機器を大量生産して購入することができ、単位コストを削減できます。プロジェクトの数と規模が増加するにつれて、規模の経済により産業チェーンの各リンクのコストが減少します。

3. システム効率の向上：

- 光効率の向上：ヘリオスタットの配置と追跡システムを最適化し、太陽エネルギーの収集と変換の効率を向上させ、エネルギー損失を減らし、単位発電コストを下げます。

- 熱伝達効率の向上: 熱吸収、熱伝達、熱貯蔵プロセスにおける熱伝達効率を向上させ、熱損失を減らし、システム全体の効率を向上させます。

4. 業界の連携とサプライチェーンの最適化：

- 産業連携：太陽熱エネルギー貯蔵産業チェーンの上流と下流の企業間の協力と連携を強化し、技術の共有とリソースの統合を促進し、取引コストを削減します。

- サプライチェーン管理：サプライチェーンを最適化し、原材料の調達と輸送コストを削減し、安定した品質の機器と​​材料をタイムリーに供給します。

5. 政策支援と補助金：

- 政府は、プロジェクトの資金調達や建設・運営コストを削減し、太陽熱エネルギー貯蔵技術の開発と応用を促進するために、税制優遇、融資優遇、投資補助金などの政策支援を導入しました。

6. 運用と保守の最適化：

- インテリジェントな運用と保守：モノのインターネット、ビッグデータ、人工知能技術を活用して、CSP発電所のインテリジェントな運用と保守を実現し、運用と保守の効率を向上させ、運用と保守のコストを削減します。

- 予防保守: 予防保守を通じて機器の故障やダウンタイムを削減し、保守コストを削減するための科学的な機器保守計画を確立します。

太陽熱エネルギー貯蔵技術の欠点がその応用に与える影響は次のとおりです。

1. コスト上昇の影響:

- 投資の魅力が限られている: 初期投資コストが高いため、投資家は意思決定に慎重になり、CSP エネルギー貯蔵プロジェクトへの投資意欲が低下し、プロジェクトの資金調達が難しくなります。

・市場展開の難しさ：コストの高さは電気代に反映され、太陽熱蓄熱発電の価格は比較的高い。従来のエネルギーや他の再生可能エネルギー源（低コストの太陽光発電など）との市場競争では不利な立場にあり、エネルギー市場における大規模な推進と応用が制限されています。

- 開発速度の低下：コストの制約により、太陽熱エネルギー貯蔵プロジェクトの建設速度と規模の拡大が制限され、産業化と商業化のプロセスが遅くなり、エネルギー分野における急速な普及とシェアの拡大に影響を与えています。

2. エネルギー変換効率の低さの影響:

- エネルギー効率が低い: 変換効率が低いと、同じ電気エネルギー出力を得るために、より大きなコレクターフィールドとより多くの機器が必要になり、結果として資源の浪費と土地などのスペースの占有が増えます。

- 費用対効果が低い: 同じ太陽エネルギー入力で生成される電力が少なくなるため、CSP プロジェクトの費用対効果が低下し、その経済的実現可能性が疑問視され、プロジェクトの投資収益率と商業的魅力に影響を及ぼします。

- スペースとリソースの需要の増加：十分な電力を得るためには、太陽光コレクターを配置するための土地がさらに必要となり、機器の製造と運用にはより多くの原材料とエネルギーが必要となり、土地、材料、エネルギーなどのリソースに対する需要と圧力が高まります。

3. 気象条件への依存:

- 電力供給の安定性の問題：雨やほこりの多い天候では、十分な太陽エネルギーが収集されず、発電能力が大幅に低下したり、発電に失敗したりして、電力網に継続的かつ安定的に電力を供給することが困難になり、電力網の安定性と信頼性に影響を与えます。

- 電力網との互換性に関する課題: 不安定な電力出力により、CSP 発電所と電力網の調整が困難になり、電力網のディスパッチと管理に課題が生じ、電力供給が不十分な期間を補うために他のバックアップ電源が必要になります。

- 適用範囲が限られている：気象条件により、太陽熱エネルギー貯蔵技術は、太陽光資源が豊富で気候が安定した地域でより実現可能になりますが、雨、曇り、霧の多い地域では適用が制限されるため、世界規模での広範な適用には限界があります。

4. 広大な土地面積の影響:

- 土地資源の競争: 広大な土地の需要は、農業、都市建設、生態系保護などの他の土地利用と競合しており、土地資源が乏しい地域では適切な建設地を見つけることが困難です。

- プロジェクトサイトの選択の難しさ: 土地面積が広いため、サイトの選択では土地のコスト、可用性、グリッドアクセスまでの距離などの要素を考慮する必要があり、プロジェクトサイトの選択の複雑さと難しさが増したり、プロジェクトの建設期間が延長してコストが増加する可能性があります。

- 生態環境への影響：大規模な太陽熱エネルギー貯蔵発電所の建設は、植生の破壊や野生生物の生息地への影響など、地域の生態環境に影響を与え、環境問題や社会紛争を引き起こす可能性があります。