EN
Как солнечные тепловые системы Demax обеспечивают промышленное технологическое тепло
Соответствие выходной мощности солнечных тепловых систем ключевым промышленным температурным диапазонам (80–400 °C)
McKinsey поясняет, что наибольший спрос на промышленное нагревание (свыше 50 %) приходится на температуры нагрева ниже 400 °C. Поэтому компания Demax фокусирует свою технологию на диапазоне до 400 °C — именно в этом диапазоне работают большинство промышленных процессов в Соединённых Штатах. Такая гибкость охватывает различные отрасли: от предприятий пищевой переработки, где требования к температуре нагрева составляют от 100 до 250 °C, до химических производств, функционирующих обычно в диапазоне 300–400 °C. Благодаря модульной конструкции энергия не тратится впустую, поскольку система точно соответствует требованиям любого конкретного технологического процесса. Кроме того, она обеспечивает полностью чистое нагревание для стерилизации оборудования, сушки продукции и проведения дистилляционных процессов.
Ключевая технология: интеграция параболических желобов и вакуумных трубок в модульные солнечные тепловые массивы.
Система Demax объединяет два типа солнечных технологий. Во-первых, параболические желоба, концентрирующие прямые солнечные лучи на теплоприемных трубах с температурой выхода от 150 до 400 °C, которые работают наиболее эффективно при прямом солнечном свете. Во-вторых, система использует вакуумные эвакуированные трубы, отлично поглощающие тепло даже при рассеянном свете, что делает их идеальными для применений при низких температурах. При реализации в виде гибридных архитектур исследования показывают повышение КПД до 24 % по сравнению с системами, использующими одну технологию. Каждый модуль имеет площадь около 500 квадратных метров и вырабатывает примерно 0,5 МВт тепловой энергии. Такая модульная конструкция позволяет предприятиям развертывать установки поэтапно по мере роста производственных потребностей или модернизации предприятий.
Почему CSP с низкой концентрацией лучше подходит для промышленного солнечного теплового применения
Преимущества по сравнению с CSP с высокой концентрацией: более высокая эффективность при работе <250 °C, меньшие эксплуатационные расходы и обслуживание (O&M), превосходная работа в условиях частичной нагрузки
При рабочих температурах около 250 °C концентрирующие солнечные тепловые электростанции (CSP) низкой концентрации превосходят CSP высокой концентрации, поскольку обеспечивают повышение термического КПД в паровых приложениях — включая переработку пищевых продуктов и крашение текстиля — примерно на 15–25 %. Причина заключается в том, что CSP низкой концентрации используют менее сложную оптику и системы слежения, что также означает меньшую повседневную эксплуатационную сложность; в результате эксплуатационные затраты на техническое обслуживание снижаются на 30 %, время простоя при обслуживании значительно сокращается, а выработка тепловой энергии остаётся стабильной даже при изменяющихся условиях солнечной радиации в течение дня. В ходе исследования термостабильности теплоносителя, проведённого в 2023 году, было показано, что предприятия способны быстро достигать требуемого теплового режима в солнечные дни, а также сохраняют термическую гибкость в пасмурные дни.
Философия дизайна Demax делает акцент на надежности, тепловой интеграции, модульной масштабируемости и прямом методе теплопередачи, который минимизирует потери при преобразовании электрической энергии.
Инженерная команда Demax сосредотачивается на трёх конкретных аспектах в своих проектных решениях. Во-первых, это методы доставки энергии, основанные исключительно на тепловом воздействии. Было зафиксировано, что при прямом тепловом улавливании используется около 97 % поглощённой солнечной энергии — показатель, впечатляющий по сравнению с другими методами. Во-вторых, модульная конструкция их солнечных тепловых коллекторов обеспечивает лёгкое масштабирование системы, что исключает необходимость в масштабных изменениях проекта. Маломасштабные установки начинаются от 500 кВтт, однако их мощность может быть расширена до нескольких мегаватт. Кроме того, компоненты системы способны работать непрерывно изо дня в день. Испытания в реальных условиях продемонстрировали, что деградация их компонентов составляет менее 1 % в год даже при экстремальных эксплуатационных условиях. Такое сочетание проектных решений позволяет производителям обеспечить наиболее важные характеристики своих систем: стабильную и надёжную генерацию тепловой энергии без сложностей, присущих традиционным системам.
Интеграция солнечных тепловых систем в промышленные процессы
Пример: Солнечная тепловая система мощностью 1,8 МВт, обеспечивающая пар при температуре 125 °C для пищевой промышленности в Испании (2023 г.)
В 2023 году на пищевом перерабатывающем заводе в Испании, оснащённом солнечной тепловой системой Demax мощностью 1,8 МВтт, была впервые в стране реализована возможность производства пара при температуре 125 °C, необходимой для стерилизации и очистки оборудования. Эта система интегрирована с одной из существующих котельных систем компании и оснащена крупным солнечным коллектором из вакуумных труб общей площадью 2300 м², что позволило сократить потребление природного газа примерно на 28 %. В результате эксплуатации данной установки ежегодное сокращение выбросов CO₂ составляет около 420 метрических тонн. Кроме того, благодаря высокой солнечной инсоляции в Испании и конкурентоспособным ценам на промышленную электроэнергию, компании было экономически целесообразно эксплуатировать систему на полной мощности, поскольку срок окупаемости инвестиций составил менее 5 лет. Такой подход особенно выгоден для предприятий, основная часть тепловой нагрузки которых приходится на дневное время и совпадает с периодом доступности солнечной тепловой энергии.
Преодоление прерывистости: тепловое накопление на основе ПВМ, обеспечивающее подачу тепла в течение 6–10 часов
Тепловое накопление на основе материалов с фазовым переходом (ПВМ) помогает решить проблему прерывистости солнечной энергии для промышленного применения. Примером такого решения является испанская фабрика, использующая капсулы с гидратами солей в качестве ПВМ. Эти ПВМ поглощают избыточное тепло при температуре около 118 °C и выделяют накопленное тепло в виде пара в последующее время, что позволяет фабрике работать ночью без резервных источников энергии на ископаемом топливе. Эта фабрика также достигла годового использования солнечной энергии на уровне около 92 % — значительно выше типичного показателя в 60–70 % для других объектов, использующих солнечную тепловую энергию без систем накопления. Технология ПВМ стала поистине революционным решением для производителей в пищевой, фармацевтической и химической отраслях, где постоянная подача тепла имеет решающее значение для технологических процессов.
Часто задаваемые вопросы
В каком температурном диапазоне работают солнечные тепловые системы Demax?
Солнечные тепловые системы Demax предназначены для удовлетворения промышленных потребностей в тепловой энергии при температурах до 400 °C.
Почему для промышленных применений при температурах ниже 250 °C предпочтительны концентрирующие солнечные тепловые системы (CSP) с низкой степенью концентрации?
При температурах выше 250 °C возникают проблемы, связанные с эксплуатационными и техническими расходами, а также с возможными колебаниями тепловой мощности. При температурах ниже 250 °C системы CSP с низкой степенью концентрации дешевле в эксплуатации и обслуживании, а также эффективнее удовлетворяют требования к стабильной тепловой мощности, поскольку низкие значения и колебания поступающего от солнца тепла не являются проблемой.
Какие ключевые технологии используются в солнечных тепловых системах Demax?
Demax использует модульные солнечные тепловые массивы, объединяющие параболические желоба и вакуумные трубки. Такая технологическая интеграция обеспечивает повышение КПД на 24 % по сравнению с системами, работающими только на одной из этих технологий.
Как система Demax интегрируется в существующие промышленные процессы?
С системой Demax существующие промышленные процессы остаются неизменными, поскольку модификации вносятся только в котельные системы. Такое изменение позволяет процессам использовать меньше природного газа и снижает объём выбросов углерода.