Сплавы на основе никеля и никельсодержащие нержавеющие стали играют ключевую роль в новом типе возобновляемой энергии, называемой солнечной тепловой энергией или концентрированной солнечной энергией (CSP).
Использование этих материалов позволило отрасли решить проблемы, связанные с технологиями передачи и хранения тепла, а для проектов с расчетным сроком службы 40 лет и более может помочь снизить износ материалов или затраты на их замену.
По данным Международного энергетического агентства (IEO 2017), в период с 2015 по 2040 год потребление возобновляемой энергии (включая CSP) будет расти с годовой скоростью 2,3 процента. В настоящее время в мире насчитывается более 40 солнечных тепловых электростанций, и более 20 таких станций находятся в стадии планирования или строительства. Они, как правило, расположены в районах с высокой солнечной радиацией, таких как Испания, Индия, Южная Африка, Китай, Чили, Австралия, Ближний Восток и Северная Африка (БВСА) и юг Соединенных Штатов.
Демонстрационные электростанции CSP эксплуатировались еще в 1980-х годах. С тех пор был достигнут значительный прогресс в сборе и хранении энергии. Солнечная башня представляет собой недавно разработанную технологию концентрирования, в которой в качестве теплоносителя используется расплавленная соль. Температура плавления нитратной смеси обычно составляет 130 градусов (268 градусов по Фаренгейту) или выше. Они остаются в жидкой форме в изолированных резервуарах для хранения при температуре 288 градусов (550 градусов по Фаренгейту). Затем жидкая соль перекачивается по трубе в солнечный приемник и нагревается концентрированным излучением до температуры 566 градусов (1050 градусов по Фаренгейту). Затем высокотемпературная жидкость подается в высокотемпературный резервуар для хранения. Резервуар для хранения высокой температуры также изолирован и может хранить тепловую энергию в течение длительного времени.
Аккумулирование тепловой электроэнергии (TES) используется для компенсации изменений спроса и условий окружающей среды. Расплавленная соль закачивается в парогенератор по мере необходимости для производства пара для привода обычных турбин и генераторов. ТЭС обладает уникальными преимуществами перед другими крупными возобновляемыми источниками энергии, а в ряде случаев даже не требует топлива для резервного производства электроэнергии. Летом 2013 года система башен из расплавленной соли в Испании производила непрерывную электроэнергию 24 часа в сутки в течение 36 дней — впервые в истории.
Crescent Dunes — одна из таких действующих электростанций. Расположенный в Тонопе, штат Невада, в пустыне к северу от Лас-Вегаса, он имеет чистую генерирующую мощность 110 мегаватт и время TES 10 часов. Это означает, что электростанция может вырабатывать электроэнергию на полную мощность до 10 часов в периоды пикового спроса. Более 10000 гелиостатов отражают солнечный свет и концентрируют энергию на приемнике на вершине 200-метровой (640-футовой) башни. Каждый гелиостат состоит из небольших зеркал общей площадью 115,7 квадратных метров (1245 квадратных футов). Общая площадь сбора света превышает 1,2 миллиона квадратных метров (12 миллионов квадратных футов). С момента коммерческого запуска в 2015 году Crescent Dunes произвела более 173 гигаватт электроэнергии, что достаточно для удовлетворения пикового спроса на электроэнергию примерно 75000 домов. Солнечные башни и CSP с расплавленной солью составляют основу для новых запланированных проектов в Южной Африке, Австралии и Неваде. Проект Redstone мощностью 100 МВт в Южной Африке удовлетворит пиковый спрос на электроэнергию около 200000 домохозяйств при времени TES 12 часов. Крупный новый проект в Неваде включает 10 солнечных башен с генерирующей мощностью 2 гигаватт (2,000 мегаватт).
Использованиенержавеющая стальа такженикелевые сплавысделал возможным использование высокотемпературных систем, в которых раньше было сложно работать с расплавленными солями. Конструкторы и инженеры начали изготавливать ресиверные трубки из сплавов на основе никеля, таких как UNS N06617, N06625 и N06230, поскольку им необходимо было сохранять жаропрочность в течение продолжительных периодов времени -- свойство, известное как сопротивление ползучести. Эти сплавы стабильны при рабочих температурах в основном благодаря высокому содержанию никеля и устойчивости к окислению.
Нержавеющая сталь типа 347H (S34709) используется для высокотемпературных резервуаров для хранения.
По состоянию на 2016 год общая установленная мощность CSP во всем мире достигла 4815 МВт. В 2017 году в Испании было 2300 МВт установленной мощности, что составляет почти половину от общей мощности в мире. Соединенные Штаты имеют установленную мощность 1740 МВт и имеют два крупнейших проекта в мире: солнечную электростанцию Avenpa (392 МВт) и проект Mojave Solar (354 МВт).
Crescent Dunes, расположенный в пустыне к северу от Лас-Вегаса, штат Невада, имеет чистую мощность производства электроэнергии 110 мегаватт и время TES 10 часов. Это означает, что электростанция может вырабатывать электроэнергию на полную мощность до 10 часов в периоды пикового спроса.
Технология концентрации солнечных башен
1. Солнечный свет концентрируется через большое поле гелиостатов и отражается к приемнику на вершине 195-метровой (640-футовой) башни; 2. Жидкая соль из резервуара для холодной соли перекачивается в ресивер и нагревается до 566 градусов (1050 градусов по Фаренгейту); 3. Нагретая соль в приемнике хранится в баке для горячей соли; 4. Горячая соль закачивается в резервуар для горячей соли через парогенератор для образования пара, который приводит в действие паровую турбину для выработки электроэнергии; 5. Холодная соль при температуре 288 градусов (550 градусов по Фаренгейту) возвращается в резервуар для холодной соли; 6. Сконденсированный пар из паровой турбины многократно рециркулируется.
