L'energia solare termica risulta essere la chiave affinché la Cina rispetti i suoi impegni sul clima. Un nuovo studio indaga sulla migliore combinazione di energie rinnovabili per fornire il costo più basso agli operatori dei sistemi energetici in due delle province cinesi più adatte a incrementare l'energia rinnovabile.

Gli operatori dei sistemi energetici cinesi devono investire nelle energie rinnovabili per rispettare gli impegni sul clima. Eolico e fotovoltaico sono le rinnovabili a minor costo, ma forniscono energia solo quando c'è vento o c'è il sole. Al contrario, energia solare concentrata più costosa (CSP), che può immagazzinare la sua energia solare in modo relativamente economico, e per lunghi periodi, può fornire potenza in qualsiasi momento, giorno o notte.

Sorprendentemente, CSP più costoso potrebbe in definitiva rivelarsi meno costoso per un sistema di alimentazione con molta energia rinnovabile a causa del suo invio flessibile giorno e notte.

Lo studio rileva che se il CSP fosse sostituito tra il 5% e il 20% dell'energia fotovoltaica ed eolica pianificata nella provincia di Gansu e nella provincia di Qinghai, porterebbe il massimo beneficio agli operatori dei sistemi energetici, ridurre la riduzione dell'energia eolica e fotovoltaica riducendo al contempo i costi operativi dei generatori a carbone a carico di base, che deve aumentare e diminuire per migliorare la generazione fluttuante da solare ed eolica.

Studi precedenti hanno analizzato solo i vantaggi della flessibilità del CSP dal punto di vista della massimizzazione del ROI per potenziali investitori e sviluppatori. Il nuovo studio aiuta a colmare una lacuna nella ricerca economica progettata per massimizzare i benefici a lungo termine del CSP per il sistema energetico complessivo.

I politici cinesi vogliono conoscere il piano migliore

Un gruppo di ricerca dell'Università Tsinghua di Pechino riporta i suoi risultati nel numero di luglio della rivista Applied Energy, in Giustificazione economica della concentrazione dell'energia solare in sistemi di alimentazione ad alta penetrazione di energia rinnovabile. Hanno analizzato il rapporto costi-benefici dei vari livelli di CSP al posto della Variabile pianificata Energia rinnovabile (VRE) come il fotovoltaico e l'eolico.

In due province in particolare, Qinghai e Gansu, che prevedono di fornire rispettivamente l'83 percento e il 104% del loro carico massimo con VRE, gli autori hanno scoperto che la sostituzione di CSP con una percentuale compresa tra il 5% e il 20% di VRE comporterebbe il minor costo per l'operatore di sistema.

I documenti precedenti di questi ricercatori hanno fornito progetti di pianificazione del sistema energetico per i responsabili delle politiche cinesi presso la NDRC.

Autore principale, Prof. Chongqing Kang, che dirige il dipartimento di ingegneria elettrica a Tsinghua, è l'autore molto citato di oltre 300 studi sulle energie rinnovabili e sulla pianificazione e il funzionamento dei sistemi energetici. Secondo autore, Professore Associato Ning Zhang, si è concentrata sull'analisi e l'ottimizzazione delle energie rinnovabili nel sistema energetico.

"Abbiamo avuto una collaborazione molto stretta con questo governo, "Il prof. Kang ha detto a SolarPACES. "Abbiamo proposto diversi studi di ricerca prima su eolico e solare, e ora hanno suscitato più interesse per CSP, che è ancora nella sua prima fase di sviluppo. Il motivo dell'interesse è che la Cina ha fissato un obiettivo molto aggressivo per le energie rinnovabili e l'eolico e il fotovoltaico sono già in rapido sviluppo. Hanno diverse persone che si concentrano sull'energia rinnovabile presso la NDRC, che fa capo all'Energy Bureau."

Lo studio quantifica il "beneficio livellato" di CSP

Lo studio si è concentrato sui vantaggi del CSP specificamente per i sistemi energetici in Qinghai e Gansu. Entrambe le province hanno eccellenti risorse solari e buone opportunità di ubicazione per grandi impianti solari o eolici, e piani molto ambiziosi per l'implementazione di tecnologie eoliche e solari.

Il Qinghai prevede di fornire l'82,3% della domanda di carico massimo con un totale di 13 GW di VRE; da 3 GW di eolico e 10 GW di fotovoltaico. Gansu prevede di fornire il 104,3% della domanda di carico massimo da un totale di 27 GW di VRE; 20 GW di eolico e 7 GW di solare fotovoltaico.

Combinando il vantaggio economico del CSP come risorsa flessibile per la generazione di energia rinnovabile in grado di inviare energia solare su richiesta e ridurre ulteriormente l'energia eolica e la riduzione del fotovoltaico, derivano una cifra di "beneficio livellato" per CSP.

Lo studio suggerisce un ulteriore vantaggio energetico e di flessibilità compreso tra 18 e 30 centesimi per chilowattora se CSP sostituisce tra il 5% e fino al 20% dell'energia solare fotovoltaica ed eolica proposta in queste province. Il valore più elevato del vantaggio energetico e di flessibilità di CSP giustifica il suo costo di investimento relativamente più elevato.

Fiduciosi che l'immaturità tecnica di CSP sia temporanea

Lo studio arriva in un momento di piani audaci in Cina:raddoppiare letteralmente la distribuzione globale del CSP di 5 GW entro il 2020. Dopo un round di 1 GW di 18 progetti dimostrativi, La Cina prevede di costruire 5 GW di CSP.

Alcuni obiettivi iniziali della prima tornata di progetti dimostrativi si sono rivelati più difficili da raggiungere del previsto. Diversi progetti abbandonati, incapace di raggiungere un traguardo iniziale in tempo.

Però, gli autori sono molto fiduciosi che questi dolori della crescita siano superabili, notando che il CSP ha appena iniziato l'implementazione rispetto al fotovoltaico e all'eolico.

"Non tutte le parti possono essere prodotte dalla Cina a questo punto, quindi il processo di apprendimento nel processo di costruzione è un po' ritardato, " Ha detto Kang. Hanno sottolineato che i problemi di avvio di CSP non sono insormontabili:"stanno ancora imparando; lo sviluppo sarà più rapido nel prossimo futuro".

Perché la Cina avrà bisogno di più ore di storage CSP

Tutti i CSP pianificati in Cina includono l'accumulo di energia termica (TES). Lo studio rileva:

"I sistemi TES negli impianti CSP sono attualmente meno costosi (con costi di capitale intorno a 20-70 $/kWh) rispetto ai sistemi di accumulo di energia a batteria (con un costo di capitale superiore a $ 150/kWh)"

"CSP è una nuova tecnologia che può essere distribuita in modo flessibile, " Kang ha osservato. "Penso che la Cina non voglia perdere questa tecnologia. Quindi i primi 20 progetti, per circa 1 GW di CSP, per dire come funziona questa tecnologia in Cina".

Il bisogno di energia notturna della Cina è relativamente maggiore rispetto ad altre nazioni, mentre le fabbriche ronzano tutta la notte in molte regioni.

"Un precedente suggerimento informale che ho fatto è che lo stoccaggio dovrebbe essere più lungo in Cina, " ha detto. "Nelle grandi città, come Pechino e Shanghai, il nostro carico è di circa il 60 percento di notte, circa come le grandi città negli Stati Uniti, ma nella Cina occidentale, le fabbriche funzionano 24 ore. Il carico di notte è circa l'80% del giorno, non scompare davvero, quindi necessitano di una conservazione di lunga durata; almeno 10 ore".

Viene simulato un intero sistema di alimentazione. Dr. Zhang e Ph.D. il candidato Ershun Du presso il dipartimento di ingegneria elettrica di Pechino presso la Tsinghua University ha aiutato a progettare il software di analisi, utilizzando i dati dei sistemi di alimentazione dalla pianificazione dell'espansione della generazione e della trasmissione e dai dati di previsione del carico.

"Lo strumento di analisi o il software che utilizziamo è un software sviluppato internamente dal nostro team; il GOPT è un software per il sistema operativo del sistema di alimentazione in grado di condurre l'invio del sistema di alimentazione durante tutto l'anno considerando un'ampia gamma di tipi di generazione e AC/ Rete elettrica in corrente continua e regole pratiche di dispacciamento" ha spiegato Du. "Il software simula il funzionamento del sistema di alimentazione per un lungo periodo di tempo utilizzando una quantità sufficiente di scenari di output VRE in modo da essere in grado di fornire una stima affidabile sull'economia del funzionamento del sistema di alimentazione con l'eolico, PV e CSP."

I dati provengono dai progetti di pianificazione dell'energia elettrica per ogni provincia.

"Abbiamo condotto questa analisi per simulare se investire negli impianti CSP sia economico o meno nella provincia di Qinghai e nella provincia di Gansu, per giustificare quanto grande o quanto beneficio possono portare le centrali elettriche CSP, " ha detto Du, che nel 2017 è stato visiting scholar presso NREL dove studi correlati hanno stimato il valore che CSP apporta alla rete all'interno della Western US Interconnect.

Risultato:i benefici del CSP superano i costi in entrambe le province

CSP ha portato il maggior beneficio alla provincia di Gansu, dove ridurrebbe l'energia solare ed eolica ridotta, ma anche ridurre i costi per la produzione di energia elettrica a carbone esistente tagliando i costi del carburante, costi crescenti, e costi start-stop mentre cerca di colmare tra il solare e l'eolico in continua crescita.

Nella provincia del Qinghai, il vantaggio sarebbe inferiore. CSP sarebbe costruito in una regione desertica dove diversi grandi fiumi hanno origine in alta montagna. "Sono due sistemi di alimentazione molto diversi, e abbiamo scoperto che CSP ha più vantaggi nella provincia di Gansu, perché la provincia del Qinghai ha già molto Hydro, " Du ha spiegato. Come CSP, idro è spedibile, rendendolo un "riempitivo" altrettanto buono con il fotovoltaico e il vento.

A Gansu, il valore del beneficio era compreso tra 24 e 30 centesimi per kilowattora di generazione (0,238-0,300 $/kWh). Nel Quinghai, con abbondante idro, il valore del beneficio livellato era inferiore a 20 centesimi (0,177–0,191 $/kWh).

"Troviamo che anche con un costo iniziale più elevato per costruire CSP, investire in CSP è ancora economico in entrambe le province a causa del suo altissimo vantaggio esterno di ospitare l'energia eolica e fotovoltaica che porta a costi inferiori nel tempo nelle operazioni del sistema di alimentazione, " ha concluso Zhang. "Tuttavia, Le sovvenzioni CSP sono ancora necessarie per internalizzare il beneficio per ripagare il suo pesante investimento.