تلعب السبائك القائمة على النيكل والفولاذ المقاوم للصدأ المحتوي على النيكل دورًا رئيسيًا في نوع جديد من الطاقة المتجددة يسمى الطاقة الحرارية الشمسية أو الطاقة الشمسية المركزة (CSP).
سمح استخدام هذه المواد للصناعة بالتغلب على التحديات في تكنولوجيا نقل الحرارة وتخزينها ، وبالنسبة للمشروعات التي يبلغ عمر تصميمها 40 عامًا أو أكثر ، يمكن أن تساعد في تقليل تدهور المواد أو تكاليف الاستبدال.
وفقًا لوكالة الطاقة الدولية (IEO 2017) ، بين عامي 2015 و 2040 ، سينمو استهلاك الطاقة المتجددة (بما في ذلك الطاقة الشمسية المركزة) بمعدل سنوي قدره 2.3 في المائة. يوجد حاليًا أكثر من 40 محطة للطاقة الحرارية الشمسية في جميع أنحاء العالم ، وأكثر من 20 محطة من هذا القبيل في مرحلة التخطيط أو البناء. تميل إلى التواجد في المناطق ذات الإشعاع الشمسي العالي ، مثل إسبانيا والهند وجنوب إفريقيا والصين وتشيلي وأستراليا والشرق الأوسط وشمال إفريقيا (MENA) وجنوب الولايات المتحدة.
كانت محطات توليد الطاقة CSP التوضيحية قيد التشغيل في وقت مبكر من الثمانينيات. منذ ذلك الحين ، تم إحراز تقدم كبير في حصاد الطاقة وتخزينها. البرج الشمسي عبارة عن تقنية تركيز مطورة حديثًا يستخدم فيها الملح المصهور كسائل لنقل الحرارة. عادة ما تكون درجة حرارة انصهار خليط النترات 130 درجة (268 درجة فهرنهايت) أو أعلى. تظل في شكل سائل في صهاريج تخزين معزولة عند درجات حرارة 288 درجة (550 درجة فهرنهايت). يُضخ الملح السائل بعد ذلك عبر أنبوب إلى جهاز استقبال شمسي ويتم تسخينه عن طريق الإشعاع المركز إلى درجات حرارة تصل إلى 566 درجة (1050 درجة فهرنهايت). يتم بعد ذلك إدخال سائل درجة الحرارة المرتفعة في خزان تخزين بدرجة حرارة عالية. خزان التخزين ذو درجة الحرارة العالية معزول أيضًا ويمكنه تخزين الطاقة الحرارية لفترة طويلة.
يستخدم تخزين الكهرباء الحرارية (TES) للتعويض عن التغيرات في الطلب والظروف البيئية. يتم ضخ الملح المصهور في مولد البخار حسب الحاجة لتوليد البخار لتشغيل التوربينات والمولدات التقليدية. تتمتع TES بمزايا فريدة مقارنة بمصادر الطاقة المتجددة الأخرى واسعة النطاق ، وفي بعض الحالات لا تتطلب حتى وقودًا احتياطيًا لتوليد الطاقة. في صيف عام 2013 ، أنتج نظام أبراج الملح المصهور في إسبانيا كهرباء مستمرة 24 ساعة في اليوم لمدة 36 يومًا - وهي المرة الأولى على الإطلاق.
Crescent Dunes هي إحدى محطات الطاقة العاملة. تقع في تونوباه ، نيفادا ، في الصحراء شمال لاس فيجاس ، ولديها قدرة توليد صافية تبلغ 110 ميغاوات ووقت TES مدته 10 ساعات. وهذا يعني أن محطة الطاقة يمكنها توليد الكهرباء بطاقتها الكاملة لمدة تصل إلى 10 ساعات خلال فترات ذروة الطلب. أكثر من 10 ، 000 مراوح تعكس ضوء الشمس وتركز الطاقة في جهاز استقبال أعلى برج يبلغ طوله 200- متر (640- قدم). تتكون كل وحدة هليوستات من مرايا صغيرة تبلغ مساحتها الإجمالية 115.7 مترًا مربعًا (1،245 قدمًا مربعًا). يتجاوز إجمالي مساحة تجميع الضوء 1.2 مليون متر مربع (12 مليون قدم مربع). منذ إطلاقه التجاري في عام 2015 ، أنتج Crescent Dunes أكثر من 173 جيجاوات من الكهرباء ، وهو ما يكفي لتلبية ذروة الطلب على الكهرباء لما يقدر بنحو 75 ، {17}} منزلًا. تشكل الأبراج الشمسية ومحركات الطاقة الشمسية المركزة بالملح المنصهر الأساس التصميمي للمشاريع الجديدة المخطط لها في جنوب إفريقيا وأستراليا ونيفادا. سيلبي مشروع ريدستون 100 ميغاواط في جنوب إفريقيا ذروة الطلب على الكهرباء لحوالي 200 ، 000 أسرة مع وقت TES مدته 12 ساعة. يحتوي مشروع جديد ضخم في ولاية نيفادا على 10 أبراج شمسية بسعة توليد تبلغ 2 جيجاوات (2 ، 000 ميغاواط).
استخدامالفولاذ المقاوم للصدأوسبائك النيكلجعل أنظمة درجات الحرارة المرتفعة ممكنة ، حيث كان التعامل مع الأملاح المنصهرة يمثل تحديًا في السابق. بدأ المصممون والمهندسون في صنع أنابيب الاستقبال من السبائك القائمة على النيكل مثل UNS N06617 و N06625 و N06230 لأنهم احتاجوا إلى الحفاظ على مقاومة درجات الحرارة العالية لفترات طويلة من الوقت -- وهي خاصية تعرف باسم مقاومة الزحف. هذه السبائك مستقرة في درجات حرارة التشغيل ويرجع ذلك أساسًا إلى محتواها العالي من النيكل ومقاومتها للأكسدة.
يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 347H (S34709) لخزانات درجات الحرارة العالية.
اعتبارًا من عام 2016 ، بلغ إجمالي القدرة المركبة لمحركات الطاقة الشمسية المركزة في جميع أنحاء العالم 4815 ميجاوات. في عام 2017 ، كان لدى إسبانيا 2300 ميغاواط من القدرة المركبة قيد التشغيل ، أي ما يقرب من نصف الإجمالي العالمي. الولايات المتحدة لديها قدرة مركبة تبلغ 1740 ميغاواط ولديها مشروعان من أكبر المشاريع في العالم: محطة أفينبا للطاقة الشمسية (392 ميغاواط) ومشروع موهافي للطاقة الشمسية (354 ميغاواط).
تقع شركة Crescent Dunes في الصحراء شمال لاس فيجاس ، نيفادا ، ولديها قدرة صافية لتوليد الطاقة تبلغ 110 ميغاوات ووقت TES مدته 10 ساعات. وهذا يعني أن محطة الطاقة يمكنها توليد الكهرباء بطاقتها الكاملة لمدة تصل إلى 10 ساعات خلال فترات ذروة الطلب.
تكنولوجيا تركيز برج الطاقة الشمسية
1. يتركز ضوء الشمس من خلال حقل كبير من المظلات الشمسية وينعكس على جهاز استقبال في أعلى برج 195- متر (640- قدم) ؛ 2. يتم ضخ الملح السائل من خزان الملح البارد إلى جهاز الاستقبال وتسخينه إلى 566 درجة (1050 درجة فهرنهايت). 3. يتم تخزين الملح المسخن في جهاز الاستقبال في خزان ملح ساخن. 4. يتم ضخ الملح الساخن في خزان الملح الساخن من خلال مولد البخار لتكوين البخار ، والذي يحرك التوربينات البخارية لتوليد الكهرباء. 5. يتدفق الملح البارد عند 288 درجة (550 درجة فهرنهايت) إلى خزان الملح البارد. 6. يتم إعادة تدوير البخار المكثف من التوربينات البخارية بشكل متكرر.
