Πώς παρέχουν τη θερμότητα για βιομηχανικές διαδικασίες τα ηλιακά θερμικά συστήματα Demax;

Πώς παρέχουν τη θερμότητα για βιομηχανικές διαδικασίες τα ηλιακά θερμικά συστήματα Demax

Προσαρμογή της ηλιακής θερμικής παραγωγής σε σημαντικές βιομηχανικές θερμοκρασιακές περιοχές (80–400°C)

Η McKinsey εξηγεί ότι η υψηλότερη ζήτηση για βιομηχανική θέρμανση (πάνω από 50%) παρατηρείται σε απαιτήσεις θέρμανσης κάτω των 400 βαθμών Κελσίου. Η Demax συνεπώς επικεντρώνει την τεχνολογία της στην περιοχή των 400°C. Αυτή είναι η περιοχή στην οποία λειτουργούν οι περισσότερες βιομηχανικές διαδικασίες στις Ηνωμένες Πολιτείες. Αυτή η ευελιξία εκτείνεται σε διάφορους τομείς, από εγκαταστάσεις επεξεργασίας τροφίμων με απαιτήσεις θέρμανσης από 100 έως 250 βαθμούς, μέχρι χημικούς κατασκευαστές που λειτουργούν συνήθως στην περιοχή των 300 έως 400 βαθμών. Η ενσωματωμένη τους διαμόρφωση σημαίνει ότι δεν χάνεται καθόλου ενέργεια, καθώς εξυπηρετούν ακριβώς τις απαιτήσεις οποιασδήποτε συγκεκριμένης διαδικασίας. Επιπλέον, παρέχουν απόλυτα καθαρή θέρμανση για την αποστείρωση εξοπλισμού, την αποξήρανση προϊόντων και τη λειτουργία διαδικασιών απόσταξης.

Βασική τεχνολογία: Ενσωμάτωση παραβολικών αυλακιών και εκκενωμένων σωλήνων σε ενσωματωμένους ηλιακούς θερμικούς πίνακες.

Το σύστημα Demax ενσωματώνει δύο τύπους ηλιακών τεχνολογιών. Πρώτον, παραβολικές αυλακώσεις που συγκεντρώνουν τις άμεσες ακτίνες του ήλιου σε σωλήνες απορρόφησης θερμότητας με εξόδους 150 έως 400 βαθμούς Κελσίου, οι οποίες λειτουργούν καλύτερα υπό άμεσο ηλιακό φως. Στη συνέχεια, το σύστημα χρησιμοποιεί κενούμενους εναερισμένους σωλήνες με ενισχυμένο κενό, οι οποίοι είναι εξαιρετικά αποτελεσματικοί στην απόκτηση θερμότητας, ακόμη και όταν το φως είναι διάχυτο, και είναι ιδανικοί για εφαρμογές χαμηλής θερμοκρασίας. Όταν εφαρμόζονται ως υβριδικές αρχιτεκτονικές, η έρευνα δείχνει ότι η απόδοση αυξάνεται έως και κατά 24% σε σύγκριση με συστήματα με μονή τεχνολογία. Κάθε μονάδα έχει εμβαδόν περίπου 500 τετραγωνικά μέτρα και παράγει περίπου 0,5 μεγαβάτ θερμικής ενέργειας. Αυτός ο μονταρισμένος σχεδιασμός επιτρέπει στις επιχειρήσεις να εγκαθιστούν τις μονάδες σε στάδια, καθώς αυξάνονται οι ανάγκες τους σε παραγωγή ή καθώς αναβαθμίζονται οι εγκαταστάσεις τους.

Γιατί οι ηλιακές θερμικές εγκαταστάσεις με χαμηλή συγκέντρωση (Low-Concentration CSP) είναι καλύτερα προσαρμοσμένες σε βιομηχανικές θερμικές εφαρμογές

Πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τις εγκαταστάσεις CSP υψηλής συγκέντρωσης: Υψηλότερη απόδοση σε λειτουργία <250 °C, χαμηλότερο κόστος λειτουργίας και συντήρησης (O&M), ανώτερη απόδοση σε συνθήκες μερικής φόρτισης

Όταν πρόκειται για θερμοκρασίες λειτουργίας περίπου 250 °C, τα συστήματα συγκέντρωσης ηλιακής ενέργειας χαμηλής συγκέντρωσης (low concentration CSP) είναι ανώτερα σε σχέση με τα συστήματα υψηλής συγκέντρωσης (high concentration CSP), καθώς παρέχουν βελτιωμένη θερμική απόδοση σε εφαρμογές με ατμό, όπως η επεξεργασία τροφίμων και η βαφή υφασμάτων, κατά περίπου 15 έως 25%. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα συστήματα χαμηλής συγκέντρωσης CSP χρησιμοποιούν λιγότερο περίπλοκα οπτικά συστήματα και συστήματα παρακολούθησης, γεγονός που σημαίνει επίσης μικρότερη καθημερινή λειτουργική πολυπλοκότητα, με αποτέλεσμα μείωση του κόστους λειτουργικής συντήρησης κατά 30%, σημαντική μείωση του χρόνου ανενεργίας λόγω συντήρησης και σταθερή θερμική ενεργειακή παραγωγή, παρά τις μεταβαλλόμενες συνθήκες ηλιακής ακτινοβολίας καθ’ όλη τη διάρκεια της ημέρας. Μια μελέτη σταθερότητας θερμορευστού που διεξήχθη το 2023 έδειξε ότι οι βιομηχανίες μπορούν να λειτουργούν θερμικά αποτελεσματικά κατά τη διάρκεια της ημέρας, αλλά επίσης να είναι θερμικά ευέλικτες και κατά τις ημέρες με νεφώδη καιρικά φαινόμενα.

Η φιλοσοφία σχεδιασμού της Demax επικεντρώνεται στην αξιοπιστία, τη θερμική ενσωμάτωση, την επεκτασιμότητα με μοντουλαρικό τρόπο και την άμεση μέθοδο θερμικής απόδοσης, η οποία ελαχιστοποιεί τις απώλειες κατά την ηλεκτρική μετατροπή.

Η μηχανική ομάδα της Demax επικεντρώνεται σε τρεις συγκεκριμένους τομείς στα σχέδιά της. Πρώτον, σε μεθόδους παράδοσης που βασίζονται αποκλειστικά στη θερμότητα. Έχουν καταγράψει ότι περίπου το 97% της αιχμαλωτισμένης ηλιακής ενέργειας χρησιμοποιείται για άμεση θερμική αιχμαλωτισμό, γεγονός που είναι εντυπωσιακό σε σύγκριση με άλλες μεθόδους. Δεύτερον, η εντοπισμένη (modular) διαμόρφωση των ηλιακών θερμικών συστημάτων τους επιτρέπει εύκολη επέκταση του συστήματος, εξαλείφοντας έτσι την ανάγκη για εκτεταμένες αλλαγές στο σχεδιασμό του συστήματος. Οι εγκαταστάσεις μικρής κλίμακας ξεκινούν από 500 kWth, ωστόσο μπορούν να επεκταθούν σε πολλαπλά MW. Επιπλέον, τα συστατικά του συστήματος μπορούν να λειτουργούν συνεχώς, ημέρα μετά από ημέρα. Δοκιμές σε πραγματικές συνθήκες έχουν δείξει ότι τα συστατικά τους υφίστανται μείωση της απόδοσης κατά λιγότερο από 1% ετησίως, ακόμη και σε ακραίες συνθήκες λειτουργίας. Αυτός ο συνδυασμός επιλογών σχεδιασμού επιτρέπει στους κατασκευαστές να εξασφαλίζουν τις πιο σημαντικές πτυχές των συστημάτων τους: συνεπή και αξιόπιστη παραγωγή θερμικής ενέργειας χωρίς τις δυσκολίες που συνεπάγονται τα συμβατικά συστήματα.

Ενσωμάτωση Συστημάτων Ηλιακής Θερμικής Ενέργειας σε Βιομηχανικές Διαδικασίες

Παράδειγμα: Σύστημα Ηλιακής Θερμικής Ενέργειας 1,8 MWth που παρέχει ατμό 125°C για επεξεργασία τροφίμων στην Ισπανία (2023)

Το 2023, ένα εργοστάσιο επεξεργασίας τροφίμων στην Ισπανία, εξοπλισμένο με ένα ηλιακό θερμικό σύστημα Demax ισχύος 1,8 MWth, ήταν το πρώτο του είδους του στη χώρα που κατάφερε να παράγει ατμό σε θερμοκρασία 125°C, απαραίτητη για την αποστείρωση και τον καθαρισμό με ατμό. Αυτό το σύστημα είναι ενσωματωμένο σε ένα από τα υφιστάμενα συστήματα λέβητα της εταιρείας και διαθέτει μεγάλη συλλεκτική επιφάνεια 2300 m² από εναέριους σωλήνες κενού, η οποία κατέστησε δυνατή τη μείωση της κατανάλωσης φυσικού αερίου κατά περίπου 28%. Η εν λόγω διάταξη οδηγεί σε ετήσια μείωση των εκπομπών CO₂ κατά περίπου 420 τόνους. Επιπλέον, λόγω της υψηλής ηλιακής ακτινοβολίας στην Ισπανία και των ανταγωνιστικών τιμών βιομηχανικής ενέργειας, ήταν οικονομικά βιώσιμο για την εταιρεία να λειτουργεί το σύστημα σε πλήρη ισχύ, καθώς η εγκατάσταση απέφερε οικονομική απόσβεση σε χρονικό διάστημα λιγότερο των 5 ετών. Αυτό είναι ιδιαίτερα πλεονεκτικό για επιχειρήσεις στις οποίες η μεγαλύτερη μερίδα των θερμικών αναγκών τους εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της ημέρας και συμπίπτει με τη διαθεσιμότητα ηλιακής θερμικής ενέργειας.

Υπερνίκηση της διαλειπόυσας λειτουργίας: Θερμική αποθήκευση με υλικά αλλαγής φάσης (PCM) που επιτρέπει παροχή θερμότητας επί 6–10 ώρες

Η θερμική αποθήκευση με υλικά αλλαγής φάσης (PCM) βοηθά στην αντιμετώπιση του προβλήματος της διαλειπόυσας λειτουργίας της ηλιακής ενέργειας για βιομηχανική χρήση. Ένα παράδειγμα αυτού είναι το ισπανικό εργοστάσιο που χρησιμοποιεί καψούλες PCM υδριτών αλάτων. Αυτά τα PCM απορροφούν περιττή θερμότητα σε θερμοκρασία περίπου 118 βαθμών Κελσίου και απελευθερώνουν την αποθηκευμένη θερμότητα ως ατμός σε μεταγενέστερο χρόνο, επιτρέποντας στο εργοστάσιο να λειτουργεί τη νύχτα χωρίς τη χρήση ορυκτών καυσίμων για αντιστάθμιση. Το εργοστάσιο αυτό έχει επίσης επιτύχει ποσοστό ετήσιας αξιοποίησης ηλιακής ενέργειας περίπου 92%, πολύ υψηλότερο από το τυπικό 60–70% άλλων εγκαταστάσεων που χρησιμοποιούν ηλιακή θερμική ενέργεια χωρίς καμία αποθήκευση. Η τεχνολογία PCM έχει αποδειχθεί πραγματικά επαναστατική για κατασκευαστές των βιομηχανιών τροφίμων, φαρμάκων και χημικών προϊόντων, όπου η συνεχής παροχή θερμότητας είναι κρίσιμη για τις λειτουργίες.

Συχνές Ερωτήσεις

Ποιο είναι το εύρος θερμοκρασιών που στοχεύουν τα ηλιακά θερμικά συστήματα Demax;

Τα ηλιακά θερμικά συστήματα Demax στοχεύουν βιομηχανικές ανάγκες θέρμανσης μέχρι και 400 βαθμούς Κελσίου.

Γιατί προτιμάται η ηλιακή συγκέντρωση χαμηλής συγκέντρωσης (CSP) για βιομηχανικές εφαρμογές κάτω των 250°C;

Πάνω από 250 βαθμούς Κελσίου, προκύπτουν προβλήματα σχετικά με το κόστος λειτουργίας/συντήρησης, καθώς και με τις πιθανές διακυμάνσεις της θερμικής ισχύος εξόδου. Κάτω από 250 βαθμούς Κελσίου, τα συστήματα CSP χαμηλής συγκέντρωσης είναι φθηνότερα στη λειτουργία και στη συντήρηση, ενώ είναι επίσης πιο αποτελεσματικά στην ικανοποίηση σταθερών απαιτήσεων θερμικής ισχύος εξόδου, καθώς οι μειώσεις και οι διακυμάνσεις της εισερχόμενης θερμικής ενέργειας από τον ήλιο δεν αποτελούν πρόβλημα.

Ποιες είναι οι βασικές τεχνολογίες στα ηλιακά θερμικά συστήματα της Demax;

Η Demax διαθέτει επαναληπτικούς ηλιακούς θερμικούς πίνακες που συνδυάζουν παραβολικούς αγωγούς και εναερωμένους σωλήνες. Αυτή η τεχνολογική ενσωμάτωση οδηγεί σε αύξηση της απόδοσης κατά 24 τοις εκατό, σε σύγκριση με συστήματα που λειτουργούν με τη χρήση μόνο μίας τεχνολογίας.

Πώς ενσωματώνεται το σύστημα Demax σε υφιστάμενες βιομηχανικές διαδικασίες;

Με το σύστημα Demax, οι υφιστάμενες βιομηχανικές διαδικασίες παραμένουν αμετάβλητες, καθώς οι τροποποιήσεις εφαρμόζονται μόνο στα συστήματα λέβητα. Αυτή η αλλαγή επιτρέπει στις διαδικασίες να χρησιμοποιούν λιγότερο φυσικό αέριο και να εκπέμπουν μικρότερες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα.