EN
W jaki sposób systemy solarne cieplne Demax zapewniają ciepło przemysłowe procesowe
Dopasowanie mocy wyjściowej systemów solarne cieplnych do kluczowych zakresów temperatur przemysłowych (80–400 °C)
McKinsey wyjaśnia, że najwyższe zapotrzebowanie na ogrzewanie przemysłowe (ponad 50%) występuje przy temperaturach ogrzewania poniżej 400 stopni Celsjusza. Dlatego też Demax koncentruje swoją technologię na zakresie do 400 °C. To właśnie w tym zakresie funkcjonuje większość procesów przemysłowych w Stanach Zjednoczonych. Ta elastyczność obejmuje różne sektory przemysłu — od zakładów przetwórstwa spożywczego, których wymagania cieplne mieszczą się w zakresie od 100 do 250 stopni, po producentów chemikaliów, którzy zazwyczaj pracują w temperaturze około 300–400 stopni. Ich modułowa konstrukcja zapewnia brak marnowania energii, ponieważ precyzyjnie spełnia wymagania każdego konkretnego procesu. Ponadto zapewniają one całkowicie czyste ogrzewanie do sterylizacji sprzętu, suszenia produktów oraz prowadzenia procesów destylacji.
Kluczowa technologia: integracja zwierciadeł parabolicznych i rur próżniowych w modularnych układach solarnej energii cieplnej.
System Demax integruje dwa typy technologii słonecznych. Po pierwsze, zwierciadła paraboliczne w kształcie żłobków, które skupiają bezpośrednie promienie słoneczne na rurach odbiorników ciepła, generujących temperatury od 150 do 400 stopni Celsjusza; działają one najlepiej przy bezpośrednim oświetleniu słonecznym. Następnie system wykorzystuje próżniowe, uszczelnione rury próżniowe, które doskonale pozyskują ciepło nawet przy rozproszonym świetle i są szczególnie odpowiednie do zastosowań wymagających niższych temperatur. Gdy wdrożone jako hybrydowe architektury, badania wykazują wzrost sprawności o nawet 24% w porównaniu do systemów opartych na jednej technologii. Każdy moduł ma powierzchnię około 500 metrów kwadratowych i generuje około 0,5 megawata energii cieplnej. Ta modularna konstrukcja umożliwia przedsiębiorstwom stopniowe wdrażanie jednostek w miarę wzrostu zapotrzebowania produkcyjnego lub modernizacji zakładów.
Dlaczego niskoskupiające CSP lepiej nadaje się do przemysłowego wykorzystania ciepła słonecznego
Zalety w porównaniu z wysokoskupiającym CSP: wyższa sprawność działania przy temperaturach <250 °C, niższe koszty eksploatacji i konserwacji (O&M), lepsza wydajność w warunkach częściowego obciążenia
W przypadku temperatur roboczych wynoszących około 250 °C systemy skupiające energię słoneczną o niskim stopniu skupienia (low concentration CSP) są lepsze niż systemy o wysokim stopniu skupienia (high concentration CSP), ponieważ zapewniają poprawę sprawności cieplnej w zastosowaniach parowych, takich jak przetwórstwo spożywcze i barwienie tekstyliów, o około 15–25%. Powodem tego jest fakt, że systemy CSP o niskim stopniu skupienia wykorzystują mniej skomplikowane optykę i systemy śledzenia, co oznacza także mniejszą codzienną złożoność eksploatacyjną; wynika z tego 30-procentowe obniżenie kosztów konserwacji i utrzymania, znaczne skrócenie czasu postoju koniecznego do konserwacji oraz stała wydajność energetyczna cieplna, mimo zmieniających się warunków nasłonecznienia w ciągu dnia. Badanie stabilności termopłynów przeprowadzone w 2023 r. wykazało, że zakłady mogą działać z wysoką wydajnością cieplną w dzień, a także charakteryzować się elastycznością cieplną w dniach pochmurnych.
Filozofia projektowania Demax koncentruje się na niezawodności, termicznej integracji, modułowej skalowalności oraz bezpośredniej metodzie dostarczania ciepła, która minimalizuje straty podczas konwersji elektrycznej.
Zespół inżynierów firmy Demax koncentruje się w swoich projektach na trzech konkretnych obszarach. Po pierwsze, na metodach dostarczania energii wykorzystujących wyłącznie ciepło. Zarejestrowano, że około 97% przechwyconej energii słonecznej jest wykorzystywane w bezpośrednim pozyskiwaniu ciepła – wynik ten jest imponujący w porównaniu z innymi metodami. Po drugie, modułowa konstrukcja ich kolektorów słonecznych do pozyskiwania ciepła umożliwia łatwe rozbudowywanie systemu, eliminując konieczność wprowadzania znacznych zmian w jego projekcie. Instalacje małej skali rozpoczynają się od mocy 500 kWth, ale mogą być rozbudowywane do wielu megawatów cieplnych. Ponadto poszczególne komponenty systemu mogą działać nieprzerwanie, dzień po dniu. Testy w warunkach rzeczywistych wykazały, że komponenty te ulegają degradacji o mniej niż 1% rocznie, nawet w ekstremalnych warunkach eksploatacyjnych. Ta kombinacja rozwiązań projektowych pozwala producentowi zapewnić najważniejsze cechy swoich systemów: stałe i niezawodne generowanie energii cieplnej bez problemów związanych z tradycyjnymi systemami.
Integracja systemów solarnej energii cieplnej z procesami przemysłowymi
Przykład: System solarnej energii cieplnej o mocy 1,8 MWth dostarczający pary o temperaturze 125°C do przetwórstwa spożywczego w Hiszpanii (2023)
W 2023 r. zakład przetwórstwa spożywczego w Hiszpanii, wyposażony w 1,8 MWth system solarnej energii cieplnej firmy Demax, był pierwszym tego typu obiektem w kraju, który umożliwiał wytwarzanie pary w temperaturze 125°C wymaganej do sterylizacji i czyszczenia urządzeń parowych. System ten jest zintegrowany z jednym z istniejących kotłów firmy oraz wyposażony w dużą, 2300 m² instalację kolektorów rurowych próżniowych, która pozwoliła na zmniejszenie zużycia gazu ziemnego o około 28%. Dzięki temu konfiguracja zapewnia roczne zmniejszenie emisji CO₂ o około 420 ton metrycznych. Ponadto, przy wysokim nasłonecznieniu w Hiszpanii oraz konkurencyjnych cenach energii przemysłowej, firma mogła ekonomicznie uzasadnić eksploatację systemu w pełnej mocy, ponieważ inwestycja okazała się opłacalna w czasie krótszym niż 5 lat. Jest to szczególnie korzystne dla przedsiębiorstw, których większość zapotrzebowania na energię cieplną występuje w ciągu dnia i pokrywa się z dostępnością energii cieplnej pochodzącej ze źródeł słonecznych.
Pokonywanie niestabilności: magazynowanie ciepła oparte na materiałach zmieniających fazę (PCM), umożliwiające dostawę ciepła w trybie sterowanym przez 6–10 godzin
Magazynowanie ciepła przy użyciu materiałów zmieniających fazę (PCM) pomaga rozwiązać problem niestabilności energii słonecznej w zastosowaniach przemysłowych. Przykładem jest hiszpańska fabryka wykorzystująca kapsułki z hydratami soli jako PCM. Te materiały pochłaniają nadmiar ciepła w temperaturze około 118 °C i uwalniają zgromadzone ciepło w postaci pary wodnej w późniejszym czasie, umożliwiając pracy fabryki w nocy bez konieczności stosowania paliw kopalnych jako źródła rezerwowego. Fabryka ta osiągnęła również roczne wykorzystanie energii słonecznej na poziomie ok. 92%, co jest znacznie wyższe niż typowe 60–70% w innych obiektach korzystających z energii słonecznej w systemach cieplnych bez magazynowania. Technologia PCM stała się prawdziwą przełomową innowacją dla producentów z branży spożywczej, farmaceutycznej oraz chemicznej, gdzie ciągła dostawa ciepła jest kluczowa dla prowadzenia procesów produkcyjnych.
Często zadawane pytania
W jakim zakresie temperatur są przeznaczone systemy cieplne Demax?
Systemy cieplne Demax są przeznaczone do zaspokajania potrzeb grzewczych w przemyśle przy temperaturach sięgających nawet 400 °C.
Dlaczego niskokoncentracjyjne systemy CSP są preferowane w zastosowaniach przemysłowych poniżej 250°C?
Powyżej 250 stopni Celsjusza występują problemy związane z kosztami eksploatacji i konserwacji oraz potencjalnymi wahaniem mocy cieplnej. Poniżej 250 stopni Celsjusza systemy CSP o niskiej koncentracji są tańsze w eksploatacji i konserwacji oraz skuteczniej spełniają stałe zapotrzebowanie na moc cieplną, ponieważ niskie wartości i wahania mocy cieplnej dostarczanej przez słońce nie stanowią problemu.
Jakie są kluczowe technologie stosowane w systemach solarnej energii cieplnej firmy Demax?
Firma Demax stosuje modułowe zestawy kolektorów słonecznych łączące zwierciadła paraboliczne i rury próżniowe. Takie połączenie technologiczne zapewnia wzrost wydajności o 24%, w porównaniu do systemów opartych wyłącznie na jednej z tych technologii.
W jaki sposób system Demax integruje się z istniejącymi procesami przemysłowymi?
Dzięki systemowi Demax istniejące procesy przemysłowe pozostają bez zmian, ponieważ modyfikacje wprowadzane są wyłącznie w systemach kotłowych. Ta zmiana pozwala procesom na zużycie mniejszej ilości gazu ziemnego oraz emisję mniejszych ilości dwutlenku węgla.