Keskittävä aurinkovoima

Aurinkoenergia

Andasolin aurinkovoimala Espanjassa.

Fysikaalisia perusteita

• Aurinko
• Auringon säteily
• Absorptio
• Valosähköinen ilmiö

Aurinkolämmitys

• Aurinkokeräin
• Aurinkokeitin

Aurinkosähkö

• Aurinkokenno
• Aurinkolämpövoima
• Ilmavirtavoimala

Keskittävä aurinkovoima (engl. Concentrated solar power eli CSP) on aurinkoenergian muoto, jossa Auringon säteilyä keskitetään ja sillä kuumennetaan väliainetta. Väliaineella pyöritetään lämpövoimaprosessia, jossa lämpö- ja paine-energiaa muunnetaan mekaaniseksi energiaksi ja edelleen sähköksi. Myös nimitystä aurinkolämpövoima (engl. Solar thermal power) käytetään.

Tavallisimmassa konstruktiossa auringonenergian intensiteetti tiivistetään 1 000-kertaiseksi sähkön tuotantoa varten. Voimala koostuu lukuisista paraboloidikouruista tai -levyistä, joista peilit keskittävät valonsäteet öljytäytteiseen putkeen. Öljy lämpenee 400 °C:seen paraboloidikouruissa ja 800 °C:seen levy/Stirling-voimalassa. Kuuma öljy johdetaan lämmönvaihtimeen, jossa se höyrystää vettä, jonka voimalla höyryturbiini tuottaa sähköä aivan kuten perinteisissä lämpövoimaloissakin. Tämän vuoksi menetelmästä käytetään myös nimitystä Solar Thermal Power.

Yhdysvalloissa the Solar Electric Generating Systems SEGS rakensi 1985-1990 Kaliforniaan 9 voimalaa yhteisteholtaan 354 MW. Voimaloiden rakennus perustui verohelpotukseen, joka lopetettiin 1990, minkä jälkeen voimaloita ei rakennettu lisää. Yritys kaatui verolakeihin 1991. Vuosina 1991-2006 uusia laitoksia ei rakennettu, joten vielä vuonna 2006 suurin aurinkovoimala oli SEGS:n paraboloidivoimala Mojaven autiomaassa Kaliforniassa.

Uusiutuvan energian konferenssissa Bonnissa 7/2004 syntyi työryhmä GMI-CPS, joka pyrkii edistämään CSP -energiaa ja sen käyttöönottoa. Päämääriin sisältyy sähkömarkkinoihin vaikuttaminen siten, että esteet CSP:lle madaltuvat. Bonnissa 2004 asetettiin globaaliksi CSP-tavoitteeksi 5 000 MW (2010) (Algeria, Egypti, Saksa, Israel, Italia, Jordan, Marokko, Yemen, New Mexico (USA) ja Espanja).^[1] Kasvutavoitteita ei saatu kuitenkaan täytettyyä, vaikka tuotanto lähti voimakkaaseen kasvuun vuoden 2006 jälkeen, minkä voi nähdä myös oheisesta kaaviosta:

The U.S. Department of Energy (DOE) arvioi CSP:n kehittyvän hinnaltaan öljyä halvemmaksi 10-15 vuodessa. Siksi tekniikan kehitykseen investoidaan taas ja Arizonaan rakennetaan 1 M:n ja Nevadaan 65 MW:n voimala. Lisäksi rakennetaan pienimuotoisempia kotitalousvoimaloita. Hinta on tällä hetkellä 12–14¢/kWh.

Stirling Energy Systems (SES) suunnittelee 500-850 MW:n levyvoimalaa 80 km:n päähän Los Angelesista. Voimala kostuu 20 000 paraboloidilevystä. Voimalan rakentaminen kestäisi 4 vuotta. Lupaprosessi on kesken, Espanja suunnittelee 200 (500) MW CSP voimalaa. Etelä-Kalifornia suunnitellaan 800-1750 MW CSP-voimaa.^[1]

Listassa on vain suuret, yli 100 MW:n tehoiset voimalat.

• 392 MW Ivanpah Solar Power Facility, Mojaven autiomaa (CA, USA) 2014 ^[3]
• 354 MW SEGS Mojaven autiomaa FPL-Energy (CA, USA) 1984
• 150 MW Solnova Solar Power Station, Espanja (Sanlúcar la Mayor) 2010 ^{[4][5][6][7][8]}
• 150 MW Andasol solar power station, Espanja (Guadix) 2011 ^[9][10]
• 150 MW Extresol Solar Power Station, Espanja (Torre de Miguel Sesmero) 2010 ^[11][12][13]
• 100 MW Palma del Rio Solar Power Station, Espanja (Palma del Río) 2010 ^[11]
• 100 MW Manchasol Power Station, Espanja (Alcázar de San Juan) 2011^[11]
• 100 MW Valle Solar Power Station, Espanja (San José del Valle) 2011^[11][14]
• 100 MW Helioenergy Solar Power Station, Espanja (Écija) 2011 ^[11]
• 100 MW Aste Solar Power Station, Espanja (Alcázar de San Juan) 2012 ^[11]
  
• 100 MW Solacor Solar Power Station, Espanja (El Carpio) 2012 ^[11][15]
• 100 MW Solaben Solar Power Station, Espanja (Logrosán) 2012 ^[11]
  
• 100 MW Helios Solar Power Station, Espanja (Puerto Lápice) 2012 ^[16]
• 100 MW Shams solar power station, Abu Dhabi (Madinat Zayad) 2013 ^[17]

Greenpeacen, European Solar Thermal Electricity Associationin ja Kansainvälisen energiajärjestön SolarPACES-ryhmä laativat yhteisselvityksen keskittävän aurinkovoiman potentiaalista ja tulevaisuudesta. Tutkimuksen mukaan keskitetty aurinkovoima voisi vastata 25% maailman energiantarpeesta.^[18] Nykyisellään keskitetyn aurinkovoiman osuus on varsin vaatimaton: Koko maailman tuotanto vuonna 2012 - 2553 MW - on noin yksi kolmasosa Suomen sähkönkulutuksesta.^[19] Ala on kuitenkin huikeassa kasvussa: tällä hetkellä ainakin 2 500 MW:n edestä uusia voimaloita on jo rakenteilla, ja ainakin 10 000 MW:n verran on julkistettu alkavia projekteja.^[20] Kapasiteetti siis moninkertaistuu lähivuosina.

Keskitetyllä aurinkoenergialla tuotetun sähkön hinnan on arvioitu laskevan jopa 0.06$/kWh lähivuosina.^[21] Lisäksi sen arvioidaan yhä halpenevan kehittyvän teknologian ja massatuotannon etujen vaikutuksesta, mutta jo 0.06$/kWh:n hinnalla se on kilpailukykyinen perinteisiin energiamuotoihin nähden.

Listassa on vain suurimmat, yli 300 MW:n projektit.

• 2000 MW nimetön, Kiina (Mongolian aavikko) ^[22]
• 1840 MW Marokon aurinkoenergiaprojekti, Marokko (Ain Beni Mathar, Foum Al Quad, Boujdour, Sebkhat Tah) ^[23]
• 500 MW Rio Mesan aurinkoenergiaprojekti, Yhdysvallat (California) ^[24]
• 500 MW Fort Irwinin aurinkoenergiaprojekti, Yhdysvallat (California) ^[25]
• 500 MW Palenin aurinkoenergiaprojekti, Yhdysvallat (California) ^[26][27]
• 340 MW Hualapai Laakson aurinkoenergiaprojekti, Yhdysvallat (Arizona) ^[28][29]

Lisäksi Espanjaan rakennetaan 1000 MW:n edestä pienempiä yksiköitä. Yhdysvallat aikovat lisätä keskitetyn aurinkoenergian tuotantoaan (yllä olevat projektit mukaan lukien) n. 5 000 MW edestä. Koko maailman suunnitteilla ja rakenteilla oleva tuotanto on ainakin 10 000 MW. ^[20]

Euroopan energiatalouden kannalta merkittävä aurinkolämpövoimalaprojekti on Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation -yhdistyksen projekti, jonka tavoitteena on Euroopan, Pohjois-Afrikan ja Lähi-idän energiantarpeen lisäyksen tyydyttäminen aavikoille rakennettavilla aurinkolämpövoimaloilla. Aurinkolämpövoimaloiden sivutuotteena on kaavailtu saatavan makeaa vettä merivedestä.^[30]

1980-luvulta hinta on laskenut 45 US sentistä/kWh 9–12 US sentiin/kWh (2005-6). Hinnan odotetaan laskevan 4–7 US senttiin 2020.^[31]

1. Paraboloidinen kouru: peilit lämmittävät nestettä, joka tuottaa höyrystä turbiinilla sähköä.
2. Torni: peilit heijastavat valon keskustorniin, jossa tuotetaan höyrystä sähköä.
3. Levyjärjestelmät: heijastavia paraboloidisia levyjä, joissa valo kohdistetaan yhteen kohteeseen
4. Keskittävä aurinkokenno (CPV): isot linssit tai peilit^[31]

• Uusiutuva energia Espanjassa
• Aurinkotorni
• Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation

Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Keskittävä aurinkovoima.

• Solar Stirling system ready for production
• U.S. Department of Energy (2006-12-05). New World Record Achieved in Solar Cell Technology (Arkistoitu – Internet Archive)
• Ten facts about solar thermal power Solel, Israel