EN
Ako solárne tepelné systémy Demax poskytujú priemyselné procesné teplo
Prispôsobenie výstupu solárnych tepelných systémov dôležitým priemyselným teplotným rozsahom (80–400 °C)
McKinsey vysvetľuje, že najvyšší dopyt po priemyselnom vykurovaní (viac ako 50 %) vzniká pri teplotných požiadavkách nižších než 400 °C. Demax sa preto sústreďuje na vývoj technológií určených pre rozsah teplôt do 400 °C. Práve v tomto rozsahu teplôt prebiehajú väčšina priemyselných procesov v Spojených štátoch. Táto flexibilita sa rozprestiera cez rôzne odvetvia – od potravinárskych závodov s požiadavkami na vykurovanie v rozsahu 100 až 250 °C až po chemických výrobcov, ktorí zvyčajne pracujú v rozsahu približne 300 až 400 °C. Ich modulárny dizajn zabezpečuje, že sa žiadna energia nezbytočne neznehodnocuje, keďže presne spĺňa požiadavky konkrétneho procesu. Okrem toho poskytujú úplne čisté vykurovanie pre sterilizáciu zariadení, sušenie výrobkov a prevádzku destilačných procesov.
Základná technológia: Integrácia parabolických žľabov a vývakuových trubíc v modulárnych solárnych tepelných poliach.
Systém Demax integruje dva typy solárnych technológií. Najprv parabolické žľaby, ktoré sústredzujú priame slnečné lúče na tepelné prijímače v podobe rúr s výstupnou teplotou 150 až 400 °C, ktoré dosahujú najlepší výkon za priameho slnečného svetla. Potom systém využíva vákuové izolované vyčerpané rúry, ktoré sú vynikajúce pri zachytávaní tepla aj pri rozptýlenom svetle, čo ich robí vynikajúcimi pre aplikácie s nižšími teplotami. Keď sa tieto technológie implementujú ako hybridné architektúry, výskum ukazuje, že účinnosť sa zvyšuje až o 24 % oproti systémom s jedinou technológiou. Každý modul má plochu približne 500 štvorcových metrov a generuje približne 0,5 megawattu tepelnej energie. Tento modulárny dizajn umožňuje firmám nasadzovať jednotky postupne, keď rastú ich výrobné požiadavky alebo keď sa modernizujú ich výrobné závody.
Prečo je nízkokoncentračná CSP lepšie vhodná pre priemyselné solárne tepelné aplikácie
Výhody oproti vysokokoncentračnej CSP: vyššia účinnosť pri prevádzke < 250 °C, nižšie náklady na prevádzku a údržbu, vynikajúci výkon za čiastočného zaťaženia
Ak ide o prevádzkové teploty približne okolo 250 °C, CSP s nízkou koncentráciou je výhodnejšia než CSP s vysokou koncentráciou, pretože poskytuje zlepšenú tepelnú účinnosť v parných aplikáciách, vrátane spracovania potravín a farbenia textilu, o približne 15 až 25 %. Dôvodom je, že CSP s nízkou koncentráciou využíva menej zložité optické a sledovacie systémy, čo znamená aj nižšiu dennú prevádzkovú zložitosť, čo sa prejavuje znížením prevádzkových údržbových nákladov o 30 %, výrazným znížením doby výpadku spôsobeného údržbou a stabilným výstupom tepelnej energie aj za meniacich sa podmienok slnečného žiarenia počas dňa. Termofluidná štúdia stability vykonaná v roku 2023 preukázala, že továrne môžu počas dňa rýchlo dosahovať tepelné zaťaženie a zároveň môžu byť tepelne flexibilné aj v oblačné dni.
Filozofia návrhu spoločnosti Demax sa zameriava na spoľahlivosť, tepelnú integráciu, modulárnu škálovateľnosť a priamu metódu dodávky tepla, ktorá minimalizuje straty počas elektrickej konverzie.
Inžiniersky tím spoločnosti Demax sa vo svojich návrhoch sústreďuje na tri konkrétne oblasti. Po prvé, na dodávacie metódy, ktoré využívajú výhradne tepelnú energiu. Zaznamenali, že približne 97 % zachytenej slnečnej energie sa využíva pri priamom tepelnom zachytávaní, čo je v porovnaní s inými metódami pôsobivé. Po druhé, modulárny dizajn ich slnečných tepelných polí umožňuje jednoduché rozšírenie systému, čím sa eliminujú potrebné rozsiahle zmeny v návrhu systému. Malé inštalácie začínajú od 500 kWth, avšak môžu byť rozšírené na niekoľko megawattov. Okrem toho sa komponenty systému môžu prevádzkovať nepretržite deň za dňom. Skutočné testovanie v reálnych podmienkach preukázalo, že ich komponenty za rok podliehajú degradácii menej ako o 1 %, a to dokonca aj za extrémnych prevádzkových podmienok. Táto kombinácia dizajnových rozhodnutí umožňuje výrobcom dosiahnuť najdôležitejšie aspekty svojich systémov: spoľahlivú a stálu výrobu tepelnej energie bez komplikácií, ktoré sú typické pre konvenčné systémy.
Integrácia solárnych tepelných systémov s priemyselnými procesmi
Príklad: Solárny tepelný systém s výkonom 1,8 MWth poskytujúci páru pri teplote 125 °C pre potravinárske spracovanie v Španielsku (2023)
V roku 2023 sa potravinárska výrobná prevádzka v Španielsku, vybavená solárnym tepelným systémom Demax s výkonom 1,8 MWth, stala prvou podnikovou inštaláciou tohto druhu v krajine, ktorá bola schopná vyrábať páru pri teplote 125 °C, požadovanej na sterilizáciu a čistenie párou. Tento systém je integrovaný s jedným z existujúcich kotlových systémov spoločnosti a pozostáva z veľkého 2300 m² solárneho kolektora vo vakuových trubiciach, ktorý umožnil zníženie spotreby zemného plynu približne o 28 %. Toto usporiadanie viedlo k ročnému zníženiu emisií CO₂ približne o 420 metrických ton. Okrem toho vzhľadom na vysokú solárnu irradiáciu v Španielsku a konkurencieschopné ceny priemyselnej energie bolo pre spoločnosť finančne životaschopné prevádzkovať tento systém v plnej kapacite, pretože náklady na inštaláciu sa vrátili ekonomicky za menej ako 5 rokov. Toto je obzvlášť výhodné pre podniky, kde väčšina ich tepelnej energetickej potreby vzniká počas dňa a súčasne sa zhoduje s dostupnosťou solárnej tepelnej energie.
Zvládnutie nespojitosti: tepelné ukladanie založené na PCM umožňuje dodávku tepla po dobu 6–10 hodín
Tepelné ukladanie pomocou fázových zmenných materiálov (PCM) pomáha vyriešiť problém nespojitosti slnečnej energie v priemyselnom využití. Príkladom je španielska továreň, ktorá používa kapsuly s PCM na báze hydrátov solí. Tieto PCM absorbovali nadbytočné teplo pri približne 118 °C a neskôr uvoľnili uložené teplo vo forme páry, čím umožnili prevádzku továrne v noci bez použitia fosílnych palív ako zálohy. Táto továreň dosiahla tiež ročné využitie slnečnej energie približne 92 %, čo je výrazne viac ako bežných 60–70 % v iných zariadeniach, ktoré využívajú slnečnú tepelnú energiu bez akéhokoľvek ukladania. Technológia PCM bola skutočnou revolúciou pre výrobcov z potravinárskeho, farmaceutického a chemického priemyslu, kde je pre prevádzku kritická nepretržitá dodávka tepla.
Často kladené otázky
V akom teplotnom rozsahu sú navrhnuté slnečné tepelné systémy Demax?
Slnené tepelné systémy Demax sú navrhnuté na priemyselné vykurovanie s minimálnou požadovanou teplotou 400 °C.
Prečo sa pre priemyselné aplikácie do 250 °C uprednostňujú systémy koncentračnej slnečnej energie (CSP) s nízkou koncentráciou?
Nad 250 °C vznikajú problémy s prevádzkovými a údržbovými nákladmi, ako aj s potenciálnymi kolísaniami tepelného výstupu. Pod 250 °C sú systémy CSP s nízkou koncentráciou lacnejšie na prevádzku a údržbu a sú efektívnejšie pri spĺňaní požiadaviek na stály tepelný výstup, pretože nízky vstupný tepelný výkon zo slnečného žiarenia a jeho kolísania nie sú problémom.
Aké sú základné technológie v solárnych tepelných systémoch Demax?
Demax využíva modulárne solárne tepelné pole, ktoré kombinuje parabolické dráhy a vakuové trubice. Táto technologická integrácia vedie k nárastu účinnosti o 24 percent v porovnaní so systémami, ktoré využívajú len jednu technológiu.
Ako sa systém Demax integruje do existujúcich priemyselných procesov?
S systémom Demax sa existujúce priemyselné procesy nezmenia, pretože úpravy sa vykonávajú len v kotlových systémoch. Táto zmena umožňuje procesom využívať menej zemného plynu a vydávať nižšie množstvo uhlíka.