Ivanpah - världens största solkraftverk

Det ser ut om en hägring. Mitt ute i den stekheta öknen söder om Las Vegas glittrar tre enorma fält med drygt 300 000 speglar. I mitten av varje fält står ett 140 meter högt torn vars topp vibrerar­ av kritvitt ljus.
Hägringen är världens idag överlägset största solkraftverk och ska när det står färdigt senare i år kunna producera el nog för att försörja 140 000 hushåll.

Skulle du befinna dig på Ivanpahs soltorn, där ljuset från alla speglar koncentreras, så skulle du utsättas för ett ljus motsvarande 28 000 solar. Fast värmen skulle nog vara ett större problem än det intensiva ljuset – uppe i det 140 meter höga tornet hettas vatten upp till 560 grader.  Bild: BrightSource Energy

Skulle du befinna dig på Ivanpahs soltorn, där ljuset från alla speglar koncentreras, så skulle du utsättas för ett ljus motsvarande 28 000 solar. Fast värmen skulle nog vara ett större problem än det intensiva ljuset – uppe i det 140 meter höga tornet hettas vatten upp till 560 grader. Bild: BrightSource Energy

Det termiska solkraftverket Ivanpah i den kaliforniska Mojaveöknen är inte bara det största solkraftverket i världen, utan också ett viktigt led i övergången till förnyelsebar energi i USA. Obamaadministrationen har krävt att en femtedel av USA:s energi ska komma från förnybara källor år 2015 och pumpar sedan några år in enorma summor på det här området genom lån, subventioner och forskning. Och just nu står Ivanpah i centrum. Anläggningen ska på allvar visa hur väl solkraft i större skala kan tävla mot fossila energikällor och kärnkraft. Sponsorer är, förutom den amerikanska staten, bland annat Google som gått in med drygt en och en halv miljard av de cirka 14 miljarder svenska kronor­ som anläggningen kostat.

Ivanpah Solar Electric Generating System, som solkraftverket heter, består av tre spegelfält med sammanlagt cirka 347 000 speglar. Speglarna är placerade parvis på pelare och riktade mot varsitt 140 meter högt centralt­ torn. Heliostaterna, som de 15 kvadratmeter stora plana spegelparen kallas, styrs automatiskt så att de följer solens rörelser under dagen och reflekterar vidare solljuset mot en strålningsmottagare och ångkokare i tornens topp. Det koncentrerade sol­ljuset omvandlas till värmeenergi och hettar upp vattnet i kokaren till över 560 grader. Den superheta ångan som bildas driver en ångturbin (tillverkad av Siemens i Finspång) som i sin tur driver en generator.

Kylning i öknen

För att kyla ner vattenångan till vatten igen, så att förloppet kan återupprepas, använder sig Ivanpah av så kallad torr kylning, eller luftkylning. De flesta värmekraftverk använder sig av våt kylning där ångan kondenseras med hjälp av sjö – eller havsvatten innan det pumpas tillbaka till ångpannan igen. Det är billigare och effektivare men fungerar ju inget vidare om anläggningen ligger i en öken.

Turbinerna som används i Ivanpah är världens största helt soldrivna ångturbiner och den största av dem, en 123 megawatts ångturbin SST-900, är tillverkad i Finspång av Siemens. Bild: Siemens

Turbinerna som används i Ivanpah är världens största helt soldrivna ångturbiner och den största av dem, en 123 megawatts ångturbin SST-900, är tillverkad i Finspång av Siemens. Bild: Siemens

En av de vanligaste invändningarna mot solkraftverk som är placerade i varma och torra områden i exempelvis Kalifornien, Nevada eller solkraftsmeckat Spanien har också varit att kylningen kräver så mycket vatten och riskerar att orsaka vattenbrist. Och det rimmar­ illa med miljötänket bakom solenergi.

Ivanpah har kommit förbi det här problemet genom att använda sig av ett slutet system med luftkylning. Jämfört med ett motsvarande kolkraftverk med våt kylning, eller de typer av termiska solkraftverk som använder sig av paraboliska speglar för att värma upp ångrör vid marken, förbrukar man bara en tiondel så mycket vatten. Cirka 120 000 kubikmeter vatten per år beräknas det gå åt totalt sett. Det är jämförbart med att vattna­ ett par golfhål i samma klimat.

Vattnet tas från en närbelägen underjordisk källa och ska inte påverka grundvattnet märkbart – enligt Ivanpah själva. Det mesta vattnet går åt till andra saker än kylningen, som att tvätta bort ökendamm från speglarna.

En nackdel med luftkylning är att det är mindre effektivt än vattenkylning när det blir riktigt varmt. Under den allra varmaste delen av dagen anses prestandan vid Ivanpah minska med upp till sex procent på grund av att man inte kan kyla vattnet tillräckligt effektivt. Det kompenseras genom den stora solinstrålningen i dessa ökenområden och att soltornen är mer effektiva och kommer upp i högre temperaturer än andra typer av solkraftverk.

Konventionell teknik

Ivanpah ser spektakulärt ut med sina enorma ringar av speglar och bländande soltorn, men tekniken bakom värmekraftverket är ganska konventionell. Istället för exempelvis kol, uran eller gas används här solstrålar för att hetta upp ångan som driver turbinen. Tanken bakom Ivanpah är också att det ska vara en övergångsform mellan dagens konventionella­ värmekraftverk och morgon­dagens förnyelsebara energiproduktion. De flesta bedömare anser att framtiden för solenergi nog främst lär komma från solceller på hustak i takt med att solpanelerna blir allt billigare och mer effektiva. Solcellerna har ju bland annat den fördelen att de kan installeras direkt på den plats elen behövs så att man slipper transportera den via kraftledningar.

En fönsterputsares mardröm ... Anläggningen består av totalt 347 000 speglar, fördelade i par på 173 500 så kallade heliostater. Allt bygger på att speglarna är välputsade, annars går effekten­ ner. Bild: BrightSource Energy

En fönsterputsares mardröm ... Anläggningen består av totalt 347 000 speglar, fördelade i par på 173 500 så kallade heliostater. Allt bygger på att speglarna är välputsade, annars går effekten­ ner. Bild: BrightSource Energy

essutom är solceller skalbara – man kan sätta upp just så många man behöver på sitt hus och komplettera med fler om det blir nödvändigt.

Å andra sidan behövs det också mer storskalig och pålitlig basenergi, inte minst för industrin. Och det är här Ivanpahs solkraftverk kommer in som ett möjligt ersättningsalternativ till dagens fossileldade kraftverk. Exakt hur det står sig ekonomiskt gentemot ett motsvarande kolkraftverk och vad kostnaden per kilowattimme kan ligga på är svårt att säga eftersom projektet är ett slags pilotprojekt och hårt subventionerat i alla led av den amerikanska staten. Men själva bränslet, solljuset, är gratis och de framtida kostnaderna för att driva verket blir sannolikt relativt låga.

Det som kan kosta är underhållet av speglarna, det har visat sig på andra håll. Ökensand och blanka speglar går ju inte riktigt ihop och ett tunt lager damm räcker för att kapaciteten ska sänkas rejält. Det finns därför en risk att det kommer att gå åt mycket mer vatten än beräknat för att skölja bort dammet på Ivanpahs speglar. Och kanske måste speglarna bytas ut oftare än beräknat. 

Pålitligt energikälla

Helt problemfritt är det alltså inte att bygga och driva en storskalig solkraftsanläggning, men att det finns mycket som talar för både Ivanpah och andra liknande anläggningar råder det ingen tvekan om. Runt hela världen byggs och planeras just nu termiska solkraftverk med soltorn, i Europa, Nordafrika, Mellanöstern, Kina och så vidare. Symboliskt nog också i oljans eget hemland, Saudiarabien, där de styrande år 2011 gick ut med att de skulle inleda en storsatsning på solenergi med målet att uppnå samma kapacitet som man gör med olja idag. 900 miljarder svenska kronor ska satsas på ett landsomfattande solenergiprogram. Enligt en rapport från finansbolaget Citigroup från 2012 kommer Saudi­arabien att ha för lite olja kvar för att kunna exportera runt år 2030, så solkraft kan visa sig vara en livsviktig investering för landet.

Heliostaterna körs ut till sin plats inne på solkraftverket Ivanpah. Speglarna har monterats av robotar inne i en hangar på området. Varje spegelpar har en sammanlagd yta på 15 kvadratmeter. Bild: BrightSource Energy

Heliostaterna körs ut till sin plats inne på solkraftverket Ivanpah. Speglarna har monterats av robotar inne i en hangar på området. Varje spegelpar har en sammanlagd yta på 15 kvadratmeter. Bild: BrightSource Energy

Till skillnad från oljan, gasen och kolet finns det ju inget produktionstopp för solen – solen peakar ju något senare, först om en fyra miljarder år … Och mängden sol som kan utvinnas är i det närmaste oändlig. På tio minuter tar jorden emot mer energi från solen än vad vi gör av med på ett år. Om man skulle täcka runt fyra procent av världens öknar med solpaneler skulle det räcka för att tillgodose världens hela energibehov.

På Ivanpahs 173 500 solvända heliostater i Mojave­öknen kommer det också ner mer solenergi än på de flesta håll i världen. Solen står på över 330 dagar om året, tack vare den höga höjden och torra luften. Den årliga solinstrålningen ligger på 2,717 kWh per kvadratmeter, eller ungefär tre gånger så mycket som i Sverige. Och av de kilowattimmarna kan Ivanpah ta tillvara nära 29 procent brutto. De datorstyrda speglarna kan reflektera ljus till tornets strålningsmottagare även när solen lyser svagare eller­ står lågt på himlen.

När byggarbetarna körde ner pylonerna till heliostaterna i ökensanden började det plötsligt dyka upp sköldpaddor överallt. Sköldpaddorna tillhör den starkt hotade arten Gophe­rus agassizii vilket fick bygget att stanna upp för ett tag. Biologer anställdes och nya hem skapades åt sköldpaddorna strax utanför solkraftverkets område. Bild: BrightSource Energy

När byggarbetarna körde ner pylonerna till heliostaterna i ökensanden började det plötsligt dyka upp sköldpaddor överallt. Sköldpaddorna tillhör den starkt hotade arten Gophe­rus agassizii vilket fick bygget att stanna upp för ett tag. Biologer anställdes och nya hem skapades åt sköldpaddorna strax utanför solkraftverkets område. Bild: BrightSource Energy

Fast på natten står Ivanpah still. Kortare molnperioder under dagen stoppar dock inte kraftverket – vattnet svalnar inte så snabbt och turbinerna fortsätter snurra en stund utan solljus. Skulle molnen täcka solen under flera timmar, så kopplas en naturgasdriven ångkokare in för att hålla temperaturen uppe. På så sätt är kraftverket uppe i full effekt när solen tittar fram igen. Den här mindre ångkokaren används också på morgonen för att snabba upp startprocessen och ge lite extra skjuts åt turbinen efter nattens driftstopp.

Ingen lagring

Lite oväntat har alltså Ivanpah, till skillnad från många andra nyare termiska solkraftverk, inte något sätt att lagra energi över natten. Istället för vatten använder sig vissa solkraftverk av flytande salt som värmebärare. När turbinen går med full effekt, går en del av det heta saltet vidare till en isolerad förvaringstank där värmeenergin kan bevaras i uppemot­ 15 timmar. På så sätt kan anläggningen plocka ut värmeenergi såväl på natten som under molniga dagar och arbeta dygnet runt utan avbrott, precis som vilket fossilt värmekraftverk som helst.

När solen går ner stängs kraftverket av. I motsats till många andra, liknande anläggningar finns ingen lagrad värme som kan driva kraftverket under natten. Bild: BrightSource Energy

När solen går ner stängs kraftverket av. I motsats till många andra, liknande anläggningar finns ingen lagrad värme som kan driva kraftverket under natten. Bild: BrightSource Energy

Eftersom Ivanpah har lyfts fram som ett skyltfönster för solkraft i stor skala och för framtidens förnyelsebara och rena energi har man varit väldigt noggrann med att framstå som ett miljömässigt föredöme, både genom solkraften i sig och genom hur man har konstruerat och byggt anläggningen.

Solen behöver ju till skillnad från exempelvis kol inte levereras och köpas, utan anländer till solkraftverket alldeles av sig självt och helt gratis. Ingen miljöfarlig produktion eller några transporter som belastar miljö och klimat. Genom att använda solljus istället för fossila bränslen innebär det att koldioxidutsläppen minskar med 400 000 ton årligen, enligt byggherren och delägaren Bright Source Energy­. Det motsvarar ungefär utsläppen från 100 000 tusen bilar.

Koldioxidutsläppen från solkraftverket självt är i det närmaste noll, det är egentligen bara själva tillverkningen och konstruktionen av anläggningen som medfört några utsläpp. Jämfört med andra typer av solfarmer tar den här typen av termiska solkraftverk inte heller lika mycket mark i anspråk. Pelarna som heliostaterna sitter på har till exempel bara tryckts ner i marken, inte gjutits, för att landskapet ska få behålla sin naturliga karaktär och vegetation.

Det går åt många speglar för att koka vatten på ett högteknologiskt sätt. Bild: BrightSource Energy

Det går åt många speglar för att koka vatten på ett högteknologiskt sätt. Bild: BrightSource Energy

Trots detta så var det ändå naturen som till slut höll på att stjälpa hela projektet. Eller rättare sagt ett hundratal ökensköldpaddor. När ingenjörerna skulle sticka ner sina spegelpelare dök den ena efter den andra irriterade sköldpaddan upp ur sina bon. Sköldpaddorna tillhör den starkt hotade arten Gopherus agassizii.

Så bygget stannade upp, 100 biologer anställdes, kostnaderna ökade med nära en halv miljard svenska kronor och en plan drogs upp för att skapa nya hem åt sköldpaddorna strax utanför solkraftverkets 1 400 hektar stora område. Efter detta har allt tuffat på enligt planerna och solkraftverkets tre solfält och soltorn väntas nu alla vara i fullt bruk mot slutet av 2013.

Fakta: 
Termiska solkraftverk med soltorn

I drift / Under konstruktion: 

• Ivanpah Solar Power Facility, USA, 392 MW
•  Crescent Dunes Solar Energy Project, USA,
110 MW
•  PS20 Solar Power
Tower, Spanien, 20 MW

Planerade:

• China Solar
Power Tower, Kina, 2 000 MW
• Solar Energy Project, Marocko, 1 840 MW
• Fort Irwin Solar Project, USA,
500 MW
• Palen Solar
Power Project, USA, 500 MW

Ivanpah-kraftverket
Ringar av datorstyrda heliostater, två speglar placerade på en pylon nedkörd i marken, följer solens bana över himlen och reflekterar vidare solljuset mot en strålningsmottagare och ångkokare högst upp på ett 140 meter högt centralt torn.
Solljuset hettar upp vattnet i kokaren till över 560 grader Celsius. Den superheta ångan leds vidare till en ångturbin som driver en generator som alstrar elektricitet som distribueras till användarna via kraftledningar. För att kyla ner vattenångan till vatten igen så att förloppet kan återupprepas använder man sig av så kallad torr kylning, eller luftkylning.

Kapacitet: 392 MW (brutto), 377 MW (netto)
Årlig produktion: 1 079 232 MWh
Vattnets utgångstemperatur: 560 grader Celsius
Driftstryck: 160 bar
Antal speglar: 347 000
Spegelarea: 2 602 500 m2
Kostnad: 2,2 miljarder dollar (drygt 14 miljarder kronor)
Ägare: NRG Energy, BrightSource Energy, Google
 

Material från
Allt om Vetenskap nr 10 - 2013

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter