Mocniejsze materiały poprawiają sprawność elektrowni słonecznych
W miarę odchodzenia od paliw kopalnych technologie energii odnawialnej muszą stać się bardziej sprawne i skalowalne, aby móc sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu. Energia słoneczna należy do najobfitszych zasobów naturalnych, ale konwersja światła słonecznego w energię elektryczną lub ciepło pozostaje trudna. Nowoczesne elektrownie skoncentrowanej energii słonecznej(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (CSP) magazynują ciepło w cieczach takich jak stopione sole, a następnie przekształcają je w energię elektryczną. Sprawność tego procesu jest jednak ograniczona przez maksymalne temperatury, na jakie odporne są te materiały. Aby osiągnąć wyższą sprawność, obniżyć koszty i ułatwić nowe zastosowania, takie jak produkcja paliwa słonecznego i recykling na skalę przemysłową, sektor potrzebuje technologii odpornych na znacznie trudniejsze warunki.
Systemy energetyczne o wyższej sprawności
Finansowany przez UE projekt COMPASsCO2(odnośnik otworzy się w nowym oknie) powstał z zamiarem sprostania temu wyzwaniu poprzez opracowanie nowych materiałów, powłok i wymiennika ciepła, które razem mogłyby umożliwić elektrowniom słonecznym pracę w temperaturze 700 °C i osiągnięcie wyższej sprawności. Zasadniczym elementem analizowanego systemu jest cykl Braytona, system konwersji energii szeroko stosowany w silnikach odrzutowych i turbinach gazowych. W cyklu Braytona płyn roboczy ulega sprężeniu i podgrzaniu, a następnie jest rozprężany przez turbinę w celu wytworzenia energii. „Zamiast pary jako płynu roboczego wykorzystujemy dwutlenek węgla w stanie nadkrytycznym (s-CO2), płynny stan dwutlenku węgla o wyjątkowych właściwościach, ponieważ łączy on w sobie zachowanie gazów i cieczy”, wyjaśnia koordynator projektu Daniel Benitez.
Wytrzymałe cząstki i stopy przeznaczone do pracy w ekstremalnych warunkach
Konsorcjum wytworzyło cząstki stałe przy użyciu materiałów pochodzących z recyklingu z przemysłu stalowego, które służą zarówno jako nośniki ciepła, jak i nośniki składowania. Pokryte materiałami o wysokim współczynniku pochłaniania promieniowania słonecznego cząsteczki te są odporne na ekstremalne temperatury i erozję, dzięki czemu zapewniają niezawodne działanie przez długi czas. Uzupełnieniem cząstek są nowatorskie nadstopy na bazie chromu(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opracowane tak, aby były odporne na utlenianie i korozję w wysokich temperaturach i ciśnieniach. W odróżnieniu od drogich stopów niklu nowe stopy chromu oferują bardziej przystępną cenowo i skalowalną opcję dla zastosowań związanych z energią słoneczną i mogą być stosowane jako powłoki na mniej odpornych, najnowocześniejszych materiałach. Prototypowy wymiennik ciepła przeszedł pomyślnie testy, które potwierdziły jego trwałość w przypadku cząstek o temperaturze powyżej 700 °C i s-CO₂ pod ciśnieniem ponad 200 barów. Rezultaty te potwierdzają techniczną wykonalność integracji technologii cząstek stałych z cyklami s-CO₂ w elektrowniach CSP nowej generacji.
Innowacyjne powłoki przeznaczone do rzeczywistych zastosowań
Dzięki partnerom projektu COMPASsCO2 z branży badawczej i przemysłowej jego wyniki uwzględniają rzeczywiste zastosowania. Jednym z wyróżniających się osiągnięć zespołu COMPASsCO2 jest opracowanie chromowo-krzemowej powłoki zawiesinowej, która wykazuje odporność na korozję w wysokich temperaturach oraz jest łatwiejsza i tańsza w aplikacji niż konwencjonalne rozwiązania. Jej zastosowania wykraczają daleko poza energię słoneczną i obejmują także turbiny. Powłoka już spotkała się z dużym zainteresowaniem zewnętrznych interesariuszy i zostanie wprowadzona do produkcji turbin. Cząsteczki FerOx są także przygotowane do produkcji komercyjnej. Dalsze udoskonalanie parametrów techniczno-ekonomicznych wymiennika ciepła pozwoli przygotować go do wdrożenia w przemyśle europejskim. „Patrząc w przyszłość, wyniki COMPASsCO2 stanowią krok naprzód w zakresie budowy skoncentrowanych elektrowni słonecznych, gdyż uwalniają prawdziwy potencjał energii słonecznej jako siły napędowej umożliwiającej przejście do zielonej przyszłości”, podsumowuje Benitez.
