科学家模型我们是否可以用太阳能电力整个国家

最近的一篇论文发表在杂志上能量展示了建立一个假设的大型太阳能农场的可行性作为权力的唯一来源,小型/中型国家取代传统化石燃料发电来源。

研究:太阳能电站作为全国唯一的电源。图片来源:Diyana克里斯汀娜/ Shutterstock.com

背景

最近的能源危机造成的高能源需求由于流行后经济复苏和复杂的地缘政治形势加速向可再生能源过渡,确保能源安全。目前,欧洲的许多国家都面临着严重的能源危机。

尽管大型太阳能农场可以作为替代传统化石燃料能源,这些农场的能力来生成和供应每年总功率消耗的整个中型或小型国家必须被评估,以确定他们的商业可行性和长期可持续性。

例如,建立一个或几个太阳能所需的表面积农场每年可以提供电源被国家必须确定评估大型太阳能电站的可行性。

大型太阳能农场/几家大型农场适合波兰,该国的能源市场是由燃煤电厂将在不久的将来退役。西里西亚,最发达的地区人口密度最高的在波兰,是特别有吸引力的大型太阳能电站的建设,作为该地区有几个工业领域。

结构的实际电能市场在波兰。目前操作储能设备只允许每日电力市场的平衡,自己的精化。图片来源:Manowska, et al .,能量

高压电网和变压器站后工业领域中存在的与电力系统可以方便地集成,使得这些地区太阳能农场网站的吸引力。

西里西亚有几个关闭煤矿和垃圾成堆,冶金废弃物乱堆,和广泛的地下废墟。可以利用这些堆建立太阳能电厂,而关闭矿山可用于构建地下氢坦克来储存能量。

此外,也适合建设太阳能发电厂的位置距离城市群,工业,和大型工厂,最大的消费者的权力。因此,太阳能发电站建设西里西亚将波兰的最赚钱的相比于其他地区。

的总电力装机容量光伏来源很少可以发电取决于季节,朦胧在某一天,和温度。因此,生成的光伏电源不能编程向前一个多星期的时间由于天气预报的长期不可预测性。因此,农业能源市场太阳能人士需要巨大的能量储存设施的建设。

这项研究

在这项研究中,研究人员决定所需的总电力装机容量在一个假设的大型太阳能/ PV农场,组成的一个大型农场或几家大型农场,这将是唯一的波兰的电力来源。研究人员还决定了光伏表面面积,进行了比较与后工业退化总面积在波兰。

特定的光伏输出功率(PV_出)被选为基本参数确定的年度光伏发电的农场。光伏_出根据不同地区和气候因素。在波兰,PV_出测量值在1030千瓦时/成为朝鲜劳动党和1140千瓦时/成为朝鲜劳动党在不同地区的国家。

温度也影响光伏效率,因为它减少了在高工作温度由于减少光伏阈值电压。这种现象可以显著影响光伏效率在中欧地区在过去的十年里经历了炎热的夏天。光伏效率可以增加了冷却光伏电池板使用散热片或水。

世界上铀储量,Mg,自己的精化。图片来源:Manowska, et al .,能量

波兰缺乏有利的地点建设抽水蓄能水电(PSH)植物存储生成的能源光伏农场。此外,能耗最高的国家是观察在冬季期间,一段由太阳能发电农场通常较低时,需要建设大型储能设施根据年度能源消耗。

实际上,该假设的太阳能农场将会实现为几个太阳能农场位于工业领域在不同的地区,特别是在西里西亚。煤炭废弃物堆被确定为合适的位置对太阳能农场由于良好的平均斜率切线。

例如,光伏板的平均倾角”Hałda Skalny“堆16岁^o接近最优的光伏面板的倾角值35^o地平线。虽然煤炭废弃物堆的表面积是不足以构建所需数量的PV农场,后工业化的地区,如地区煤矿关闭后离开,可以开发建设太阳能发电厂。

观察

装机功率必须高于平均功耗(P_大街)在一个国家,作为几个发电设施可以保存在储备或在服务。P_大街和波兰的装机功率19.4千瓦,50千瓦,分别。

尽管装机功率的2.6倍_大街,它是足够的只有当电力是由燃煤发电厂提供的一个正在进行的基础。然而,装机功率必须明显高于P_大街光伏的农场。

大量的电能将只有几小时一天,农场将提供电网和同时充电储能。大部分的能量由太阳能农场之前存储消耗,导致相当大的减少能量存储效率由于能量损失在存储在现代锂电池和逆变器。

此外,能量损失也发生在供电系统,如在升压变压器。因此,波兰当电力所需的每年发电量将只提供光伏农场被计算为283.3太瓦时,而产生的峰值功率的光伏农场将283.3 GW。

太阳能电站的装机功率必须大于生成的权力,以确保电力系统稳定在波兰。因此,总装机容量的假想的太阳能农场供电计算整个波兰340兆瓦,这几乎是6.8倍目前50兆瓦的装机容量。

一个340兆瓦的太阳能农场需要大面积。考虑到15%的能源效率与逆变器光伏电池板,6.7 m²这些电池板面积要求生成一个千瓦的电力1000 W / m²太阳辐照度。因此,总表面积的太阳能电池板提出太阳能农场被计算为2584公里²。

“地图Hałda Skalny“煤炭废弃物堆(Łaziska Gorne,西里西亚,波兰)。(一个)卫星视图(来源:谷歌地图),(B)地形视图(来源:openstreetmap.org,开放数据库许可)。图片来源:Manowska, et al .,能量

然而,几个太阳能农场的总面积将超过的总表面积光伏电池板、光伏电池板的最优倾角必须维护发电。

研究人员得出结论,提出太阳能农场的面积必须大于光伏电池板的表面面积的2.5倍后,考虑到太阳光的入射角在中欧各年的十二个月期间。波兰,8000公里²后工业退化的区域,可以很容易地构建太阳能农场。

大型能源存储存储太阳能farm-generated至关重要能源和维护一个不间断电源。关闭煤矿100 - 300公里长的隧道和一个非常大的地下体积超过0.2公里³对于大型储能确认为有效位置。此外,这些煤矿进行轻微的全年温度变化,每24小时,提供稳定和优秀的条件,所有类型的地下储氢电池和建筑设施。

结论

在中欧,特别是在波兰,一个大型太阳能农场与数十兆瓦容量可以建立在一个封闭的,中等身材的煤矿。然而,实现这样的太阳能农场在波兰或其他类似国家将需要数年。因此,核电站的建设是目前正在考虑在波兰。

建立这样的成本估算假设的太阳能农场和能量储存在欧洲现在是不可能作为主要建筑材料价格大幅上涨由于困难的欧洲地缘政治局势。亚博网站下载然而,有几个因素表明,这种太阳能电站的建设和运营成本会略低于核电站的成本,使他们在长期商业上可行。

源

Manowska,。、Nowrot a太阳能农场作为全国唯一的电源。能量2022年。https://www.mdpi.com/1996-1073/15/14/5297

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