Aliajele pe bază de nichel și oțelurile inoxidabile care conțin nichel joacă un rol cheie într-un nou tip de energie regenerabilă numită energie solară termică sau energie solară concentrată (CSP).
Utilizarea acestor materiale a permis industriei să depășească provocările în tehnologia de transfer și stocare a căldurii și, pentru proiecte cu o durată de viață de 40 de ani sau mai mult, poate ajuta la reducerea degradării materialelor sau a costurilor de înlocuire.
Potrivit Agenției Internaționale pentru Energie (IEO 2017), între 2015 și 2040, consumul de energie regenerabilă (inclusiv CSP) va crește cu o rată anuală de 2,3 la sută. În prezent, există peste 40 de centrale solare termice în întreaga lume, iar peste 20 de astfel de centrale sunt în faza de planificare sau construcție. Acestea tind să fie localizate în zone cu iradiere solară mare, cum ar fi Spania, India, Africa de Sud, China, Chile, Australia, Orientul Mijlociu și Africa de Nord (MENA) și sudul Statelor Unite.
Centralele demonstrative CSP erau în funcțiune încă din anii 1980. De atunci, s-au făcut multe progrese în recoltarea și stocarea energiei. Turnul solar este o tehnologie de concentrare nou dezvoltată în care sarea topită este folosită ca fluid de transfer de căldură. Temperatura de topire a amestecului de nitrați este în general de 130 de grade (268 de grade F) sau mai mult. Acestea rămân sub formă lichidă în rezervoare izolate la temperaturi de 288 de grade (550 de grade F). Sarea lichidă este apoi pompată printr-o țeavă într-un receptor solar și încălzită prin radiație concentrată la temperaturi de până la 566 de grade (1.050 de grade F). Lichidul la temperatură înaltă este apoi alimentat într-un rezervor de stocare la temperatură înaltă. Rezervorul de stocare la temperaturi ridicate este, de asemenea, izolat și poate stoca energie termică pentru o perioadă lungă de timp.
Stocarea termică a energiei electrice (TES) este utilizată pentru a compensa schimbările în cerere și în condițiile de mediu. Sarea topită este pompată într-un generator de abur după cum este necesar pentru a genera abur pentru a conduce turbinele și generatoarele convenționale. TES are avantaje unice față de alte surse de energie regenerabilă la scară largă și, în unele cazuri, nici măcar nu necesită combustibil de rezervă pentru generarea de energie. În vara lui 2013, un sistem de turnuri de sare topită din Spania a produs electricitate continuă 24 de ore pe zi timp de 36 de zile - pentru prima dată.
Crescent Dunes este una dintre aceste centrale electrice aflate în funcțiune. Situat în Tonopah, Nevada, în deșertul de la nord de Las Vegas, are o capacitate netă de generare de 110 megawați și un timp TES de 10 ore. Aceasta înseamnă că centrala poate genera energie electrică la capacitate maximă timp de până la 10 ore în perioadele de vârf de cerere. Mai mult de 10,000 heliostate reflectă lumina soarelui și concentrează energia la un receptor deasupra unui turn de 200-metru (640-picior). Fiecare heliostat este format din oglinzi mici cu o suprafață totală de 115,7 metri pătrați (1.245 picioare pătrate). Suprafața totală de colectare a luminii depășește 1,2 milioane de metri pătrați (12 milioane de picioare pătrate). De la lansarea sa comercială în 2015, Crescent Dunes a generat peste 173 de gigawați de energie electrică, suficientă pentru a satisface cererea de vârf de energie electrică a aproximativ 75 de case000. Turnurile solare și CSP-urile de sare topită formează baza de proiectare pentru noile proiecte planificate în Africa de Sud, Australia și Nevada. Proiectul Redstone de 100 MW din Africa de Sud va satisface cererea maximă de energie electrică a aproximativ 200,000 gospodării cu un timp TES de 12 ore. Un nou proiect masiv din Nevada are 10 turnuri solare cu o capacitate de generare de 2 gigawați (2,000 megawați).
Utilizareaoţel inoxidabilșialiaje de nichela făcut posibile sisteme de temperatură înaltă, în care manipularea sărurilor topite era anterior o provocare. Designerii și inginerii au început să producă tuburi receptor din aliaje pe bază de nichel, cum ar fi UNS N06617, N06625 și N06230, deoarece trebuiau să mențină rezistența la temperatură ridicată pentru perioade lungi de timp -- o proprietate cunoscută sub numele de rezistență la fluaj. Aceste aliaje sunt stabile la temperaturi de funcționare în principal datorită conținutului lor ridicat de nichel și rezistenței lor la oxidare.
Oțelul inoxidabil tip 347H (S34709) este utilizat pentru rezervoarele de stocare la temperaturi înalte.
Începând cu 2016, capacitatea totală instalată a CSP-urilor la nivel mondial a ajuns la 4.815 MW. În 2017, Spania avea în funcțiune 2.300 MW de capacitate instalată, aproape jumătate din totalul mondial. Statele Unite au o capacitate instalată de 1.740 MW și au două dintre cele mai mari proiecte din lume: Centrala Solară Avenpa (392 MW) și Proiectul Solar Mojave (354 MW).
Crescent Dunes, situat în deșertul de la nord de Las Vegas, Nevada, are o capacitate netă de generare a energiei de 110 megawați și un timp TES de 10 ore. Aceasta înseamnă că centrala poate genera energie electrică la capacitate maximă timp de până la 10 ore în perioadele de vârf de cerere.
Tehnologia de concentrare a turnului solar
1. Lumina soarelui este concentrată printr-un câmp mare de heliostate și reflectată către un receptor aflat în vârful unui turn de 195-metru (640-picior); 2. Sarea lichidă din rezervorul de sare rece este pompată în receptor și încălzită la 566 de grade (1050 de grade F); 3. Sarea încălzită din receptor este stocată într-un rezervor de sare fierbinte; 4. Sarea fierbinte este pompată în rezervorul de sare fierbinte prin generatorul de abur pentru a forma abur, care antrenează turbina cu abur pentru a genera energie electrică; 5. Sarea rece la 288 de grade (550 de grade F) curge înapoi în rezervorul de sare rece; 6. Aburul condensat de la turbina cu abur este reciclat în mod repetat.
