太陽光発電の活用におけるスペインのブレークスルー| 科学| スミソニアン - 記事、科学、私たちの惑星、40周年

アンダルシアの緑の麦畑、オークの木立、古代のオリーブの木々の中で、巨大な太陽エネルギー農場が銀色の海のようにきらめきます。曇り空の下でも、3平方マイルに広がる広大な鏡と巨大な塔は目を見張るものがあります。

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太陽の下で何か新しいもの

セビリアから西に20マイルの所にあるAbengoa社によって建設されたSolúcarソーラーファームは、再生可能エネルギーからより多くのエネルギーを生産するというスペインの取り組みの一環です。この国は現在、太陽から最大3.65ギガワットの電力を生産しており、ドイツに次いで世界第2位です。これらのギガワットは国の電力の約3％を占め、世界で最も高い割合です。（米国は太陽エネルギーの1％未満を生成します。）スペインの太陽出力は、今後3年間で7ギガワットに増加し、約1, 000万人（マドリッドとバルセロナの合計人口）に十分な電力を供給します。日中の電気。

Solúcarファームは、集中型太陽光発電（CSP）など、米国で複製されている先駆的な技術です。従来の太陽電池パネルは太陽電池を使用して太陽光線を直接電気に変換しますが、CSPは巨大な鏡のバンクを配置して太陽放射を集中させます。強熱は蒸気タービンを駆動し、石炭または石油燃焼プラントで使用されるプロセスと同様のプロセスで電気を生成しますが、温室効果ガスの排出はありません。

Solúcarサイトでは、2つのコンクリートタワー（1つは約50階、もう1つは35階）は、それぞれ高さ33フィート、幅40フィートの1, 879個の巨大なガラスミラーで反射した光を集めます。ヘリオスタットと呼ばれる鏡は、約345エーカーをカバーしています。彼らは南を向いており、太陽が空を横切る際に太陽を追いかけるようになっています。

小さいCSPタワーは2007年に電力供給を開始し、大きいタワーは2009年5月に電力供給を開始しました。これらを合わせて、31メガワットを生成します。 Solúcarが別のタワープラントや他の設備の追加を終えた2013年までに、AbengoaはCSP施設が300メガワット、220, 000世帯、または大都市セビリア全体に電力を供給するのに十分なエネルギーを生成することを期待しています。

「これらの商業タワー工場は世界で唯一のものです」と、Solúcarの運用マネージャーであるValerioFernándezは、オフィスでミラーフィールドを見下ろしています。（彼は、カリフォルニア州ランカスターでアメリカの会社eSolarによって運営されている5メガワットの小さな発電塔や、スペイン政府がアルメリアで運営している実証タワーを数えていませんでした。）「しかし、今日は休暇中です」肩をすくめて追加しました。

雨が降ったり、曇りの日は-私が訪れた涼しい灰色の3月のように-太陽光発電設備はシャットダウンします。しかし、CSPサイトの最高の写真は別世界のものです。光の軸で輝く塔は、反射した太陽光が水蒸気と空気中の塵を通過することによって引き起こされる効果です。スペイン南部は理想的な太陽エネルギーサイトであると思われるかもしれませんが、フェルナンデス氏は、悪天候により年間約80日、通常は11月から3月にかけてエネルギー生産が減少または停止すると予想しています。

「太陽エネルギーをより効率的にしようとするなら、セビリアよりも良い場所があります」とフェルナンデスは私に言いました。彼は太陽エネルギーの可能性を表す日陰のバンドで世界の壁の地図に身振りをしました。アンダルシアは黄褐色で、カリフォルニアのモハーベ砂漠とネバダブラウン、そしてサハラ砂漠はまだ暗いです。

「モハベには、ここよりも約30％高い日射があるので、同じプラントを設置すると、電気代が30％削減されます」と彼は言いました。ヨーロッパのコンソーシアムであるアベンゴアとデザートテックが地中海下のケーブルを介してヨーロッパに電力を供給するソーラー施設の建設を目指している、焼け付くサハラ砂漠の効率はさらに高くなります。

フェルナンデスは、本棚から幅3インチの鉄パイプを持ち上げて、私に手渡しました。これは、CSPタワーの上で水が蒸気に変換されるチューブからのもので、黒く塗られていました。「彼らは黒人であるほど、彼らは放射線をより良く吸収する」と彼は説明した。

ヘリオスタットは太陽放射を非常に効果的に集中させるため、レシーバーチューブの表面温度は、太陽の表面温度の約3分の1である華氏3, 600度に達する可能性があります。「残念ながら、鋼は溶けてしまい、レシーバーは故障してしまいます」とフェルナンデスはドライに語った。セラミック材料はおそらくそのような熱に耐えることができるだろうと彼は続けたが、それらはまだ開発もテストもされていない。そのため、明るい日には、工場のオペレーターはヘリオスタットを調整してタワーに向けられる太陽光を制限し、温度を約570度に維持します。

FernándezがSolúcarのキャンパスを案内してくれたので、私たちはここでいわゆる放物面トラフ技術を使用するために計画された5つのCSP施設の最初のSolnova 1の建設現場に立ち寄りました。 Solnova 1は、それぞれが長さ数百ヤード、高さ約2ヤードの浅い谷のような形の鏡を、巨大な光沢のあるリボンの列のような平行な列に配置します。各ミラーの焦点で、合成オイルで満たされた透明なチューブが実行されます。鏡は太陽光をチューブに向け、加熱されたオイルはタービン駆動蒸気用の水を沸騰させるために使用されます。

Solnova 1を離れると、膨大な数の太陽光発電パネルを目にしました。パネルは約2メガワットの電力を供給しますが、2, 200世帯に十分な電力を供給していますが、Solúcarは太陽光発電を強調していません。「太陽光発電は、バッテリーを除いてエネルギーを貯蔵できる技術につながっていません」とフェルナンデスは言いました。それは費用がかかりすぎます。

SolúcarのTES（熱エネルギー貯蔵用）施設には、より効率的な貯蔵システムが展示されています。この施設では、集中した太陽光を使用して、溶融塩、主に硝酸ナトリウムおよびカリウムの巨大な容器を約570度に加熱します。塩は最大6時間熱を保持します。つまり、太陽が沈んだ後、塩は放出されます。この貯蔵方法は、少なくとも部分的には、太陽エネルギーの最大の課題である夜間の電力供給を解決できます。

スペインの急成長中の太陽光発電容量は、政府の強力な支援に依存しています。（たとえば、CSPプラントは、従来の石炭火力プラントの建設と運用に約2倍の費用がかかります。）スペイン政府の太陽エネルギープロバイダーへの補助金は、世界で最も寛大なものの中で、15億ユーロ以上、またはほぼ年間19億ドル。

米国では、連邦政府および州政府が、個人、太陽光発電会社、および公益事業者に対して小規模な金銭的インセンティブを提供しています。カリフォルニア州とネバダ州の放物面トラフ施設は既に370メガワット以上を生成しており、アベンゴアはフェニックス近くで同様の技術を使用した282メガワットのプラントを計画しています、とマサチューセッツ州ケンブリッジのエマージングエネルギーリサーチのソーラーリサーチディレクター、リースティスデイルは述べています。カリフォルニア州、ネバダ州、ニューメキシコ州、コロラド州、ノースカロライナ州、フロリダ州で、新しい放物面トラフ、太陽光発電、CSPプラントが提案されています。

タワーとヘリオスタットを使用し、392メガワットの電力を生成すると約束されている1つの大規模なソーラーファームは、州および連邦の環境レビューに合格すれば、南カリフォルニアのモハーベ砂漠での建設が予定されています。

「楽観的になりたいのなら、2025年までに（米国の）太陽光発電所から最大8ギガワットの電力が供給される可能性があります。」スペイン人よりも多くの電力を使用します）、1日あたり37, 260バレルの石油または11, 000トンの石炭を節約します。

リチャード・コビントンは、パリ近郊の自宅から執筆しています。