「塩」と「鏡」の組み合わせで電気は発生するのか？とても簡単です！ 24時間いつでも！

レビュー専門家：北京科学ライター協会会員、朱光思

「塩」と鏡を使って電気を作るという話を聞いたことがありますか？甘粛省敦煌市には溶融塩塔発電所があり、中国企業が独自に設計・建設し、2018年末に正式に運用を開始し、発電のために送電網に接続されている。また、世界最大の濃縮面積を持つ、世界一高い溶融塩塔発電所でもあります。では、どのように動作するか見てみましょう!

出典：新華網

「塩」と鏡を組み合わせると電気が発生できるのでしょうか？

ここで言う「塩」とは、私たちが日常的に料理に使う食塩ではなく、「溶融塩」のことです。溶融塩は、アルカリ金属、アルカリ土類金属のハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩などの溶融塩、金属陽イオンと非金属陰イオンで構成される塩を溶融することによって形成される溶融体です。溶融塩を構成できる陽イオンは80種類以上、陰イオンは30種類以上あり、合わせた溶融塩は2,400種類以上に達することがあります。溶融塩は優れた熱伝達とエネルギー貯蔵特性を持っています。鏡で反射された太陽光に含まれる熱エネルギーを吸収し、加熱と冷却の過程でエネルギー伝達を完了することができます。技術者たちは1万2000枚の鏡を使って半径の異なる同心円を多数形成し、円の中心に高さ260メートルの溶融塩熱吸収塔を建設した。一枚の鏡の光反射面積は115平方メートルで、鏡面の総反射面積は140万平方メートル以上に達する。夜間に太陽光がない場合でも、溶融塩は日中に吸収したエネルギーを放出することで、24時間発電することができます。

溶融塩熱吸収塔の動作原理

出典: 透かしを参照

熱吸収塔内の溶融塩は、冷たい溶融塩タンクと熱い溶融塩タンク内を循環します。

溶融塩は、同心円状の鏡で反射された太陽光からの熱エネルギーを継続的に吸収して加熱され続け、高温の塩タンク内で熱を放出して水を加熱し、それを蒸気に蒸発させ、発電機を回転させて電気を生成します。熱エネルギーを放出した溶融塩は冷たい塩タンクに入り、次のサイクルを待ちます。

比喩的に言えば、溶融塩が吸収した熱を利用して「水を沸騰させる」というもので、火力発電所が石炭の燃焼によって放出される熱エネルギーを利用して水を加熱し、蒸気に変えるのと同じです。しかし、溶融塩を使って発電する方がクリーンで、環境へのダメージも少なくなります。

水が加熱されて蒸気になると、容器内の大気圧が急激に上昇し、蒸気タービンが回転します。次に、蒸気タービンが発電機を回転させ、機械エネルギーを電気エネルギーに変換します。電気エネルギーは送電網を通じて国中のあらゆる地域に送られます。これは完全な発電プロセスです。

溶融塩塔発電所の電力はどれくらいですか?

このような溶融塩塔発電所を建設するのは簡単なことではありません。太陽光のピッチ角は地球の自転とともに連続的に変化するため、各ミラーには角度制御装置が搭載されています。時間の経過とともに、反射板の方向角度は太陽の角度に応じて変化し、常に最適な反射角度を維持し、可能な限り多くの太陽光を反射して集光します。同心円設計により、すべての鏡で反射された太陽光が中央の吸熱塔に向けられ、吸熱塔内の溶融塩が太陽光の熱エネルギーを最大効率で蓄えることができます。

出典：新華網

敦煌では、年間の日照時間は3,000時間以上に達します。長期にわたる光熱変換と多数の反射鏡により、この発電所の発電量は大幅に増加し、年間発電量は最大3億9000万キロワットに達しています。

同時に、太陽熱エネルギーはクリーンエネルギーであるため、このような100メガワットの溶融塩塔発電所は、年間35万トンの二酸化炭素排出量を削減することができ、国の「低炭素環境保護、省エネ、排出削減」戦略に積極的に応えています。

溶融塩塔発電所を建設するにはどうすればいいですか?

もちろん、このような大規模な溶融塩塔発電所を維持するには多くの困難が伴います。北西部地域は、砂嵐、雷、強風、高地など厳しい気候環境のため、鏡面の粉塵や破損、制御装置の故障などのトラブルが発生しやすく、発電効率の低下につながります。そのため、同心円ミラーアレイの構築に使用される反射鏡は、多大なコストをかけて特別にカスタマイズされており、通常のミラーに比べて防塵性と耐腐食性が大幅に向上しています。さらに、毎日の太陽光の持続時間と強度の変動により、ミラーが過剰な光を反射し、デバイスが過熱して損傷する可能性もあります。技術者は、リンク制御を通じて、冷たい溶融塩ポンプと吸収装置の出口の溶融塩の温度を制御します。溶融塩ポンプが最大流量に達したが、出口の溶融塩がまだ過熱状態である場合、ミラーフィールドは対応するミラーを削除する必要があります。吸収管壁の温度を制御するために、技術者は溶融塩の流量をリアルタイムで調整し、溶融塩吸収管パイプラインが完全に冷却され、過熱による吸収管爆発事故が発生しないようにする必要があります。 2019年6月、敦煌の溶融塩塔発電所はフル負荷発電を達成しました。西から東への送電により、太陽熱エネルギーなどの再生可能エネルギーで発電された電気が全国の数千世帯に届けられました。

送電塔

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クリーンエネルギーは「二重炭素」を助ける

「デュアルカーボン」目標をできるだけ早く達成するためには、クリーンエネルギーが極めて重要な役割を果たします。従来の火力発電所は大量の石炭を燃焼しますが、この過程で大量の有害ガスと温室効果ガスが排出され、温室効果が悪化し、環境に多大な害を及ぼします。クリーンエネルギーは、太陽エネルギー、潮力エネルギー、風力エネルギーなど、再生可能なものが多いです。これらのエネルギーは再生可能であるため、石炭や石油などの従来の化石エネルギーのように再び生産されるまでに長い期間を必要とせず、簡単に枯渇することはありません。太陽光発電や風力発電と異なり、溶融塩は熱エネルギーを蓄えることができるため、雨の日や太陽光が乏しい夜間、または消えてしまうときでも発電を続けることができます。太陽光パネルは太陽光があるときのみ発電でき、風力発電も風のある環境が必要です。国家計画によれば、わが国の溶融塩発電は第13次5カ年計画期間中に500万キロワットの設備容量を達成する予定です。

5MWの洋上風力タービン。

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再生可能エネルギーと従来のエネルギーを調整し、エネルギーの相互接続を実現する過程で、マルチエネルギーの補完性を活用し、複数のエネルギー源の利点を十分に発揮し、再生可能エネルギーの消費を増やし、化石エネルギーをクリーンエネルギーに置き換えるプロセスを加速することができます。マルチエネルギー補完システムでは、タワー型溶融塩太陽熱発電所にエネルギーを蓄えることができる溶融塩が搭載されているため、ピークカット電源として利用することで、負荷変動を平滑化し、風力発電や太陽光発電の系統連系容量を増やすことができます。将来的にはクリーンエネルギーをより頻繁に使用していくことになるでしょう。これからやってくるクリーンエネルギーの新しい世界を楽しみにしましょう。