Kako sistemi za sončno toplotno energijo Demax zagotavljajo toploto za industrijske procese?

Kako sistemi za sončno toplotno energijo Demax zagotavljajo toploto za industrijske procese

Prilagajanje izhodne toplotne moči sončnih toplotnih sistemov pomembnim industrijskim temperaturnim območjem (80–400 °C)

McKinsey pojasnjuje, da najvišji povpraševanje po industrijskem ogrevanju (več kot 50 %) nastopa pri zahtevah po ogrevanju pod 400 stopinj Celzija. Demax se zato osredotoča na razvoj tehnologije za območje 400 °C. To je območje, v katerem deluje večina industrijskih procesov v Združenih državah Amerike. Ta prilagodljivost zajema različne industrije – od predelovalnih rastlinsko-živalskih surovin z zahtevami po ogrevanju med 100 in 250 stopinj Celzija do proizvajalcev kemikalij, ki običajno delujejo pri temperaturah med 300 in 400 stopinj Celzija. Njihov modularni dizajn zagotavlja, da se energija ne izgublja, saj natančno izpolnjuje zahteve vsakega posameznega procesa. Poleg tega zagotavljajo popolnoma čisto ogrevanje za sterilizacijo opreme, sušenje izdelkov in izvajanje destilacijskih procesov.

Osnovna tehnologija: integracija paraboličnih žlebov in vakuumskih cevi v modularnih sončnih toplotnih poljih.

Sistem Demax združuje dve vrsti sončne tehnologije. Najprej parabolične žlebove, ki koncentrirajo neposredne sončne žarke na cevi za sprejem toplote z izhodno temperaturo od 150 do 400 stopinj Celzija, ki delujejo najbolje pod neposredno sončno svetlobo. Nato sistem uporablja vakuumsko zaprte izčrpane cevi, ki so izjemno učinkovite pri zajemanju toplote tudi pri razpršeni svetlobi in so zato odlične za aplikacije z nižjimi temperaturami. Ko se izvedejo kot hibridne arhitekture, raziskave kažejo, da se učinkovitost poveča do 24 % v primerjavi s sistemi, ki uporabljajo le eno tehnologijo. Vsak modul je približno 500 kvadratnih metrov velik in proizvede približno 0,5 megavat toplotne energije. Modularna zasnova omogoča podjetjem postopno namestitev enot, ko se povečujejo njihove proizvodne potrebe ali ko se njihove tovarne nadgrajujejo.

Zakaj je nizko-koncentracijska CSP bolj primerna za industrijske sončne toplotne uporabe

Prednosti v primerjavi z visoko-koncentracijsko CSP: učinkovitejša obratovanja < 250 °C, nižji stroški obratovanja in vzdrževanja (O&M), odličnejši delovni učinek pri delovnih obremenitvah

Ko gre za obratovalne temperature okoli 250 °C, ima nizko koncentracijski CSP prednost pred visoko koncentracijskim CSP, saj omogoča izboljšano toplotno učinkovitost v parnih aplikacijah, vključno s predelavo hrane in barvanjem tekstilov, za približno 15 do 25 %. Razlog za to je, da nizko koncentracijski CSP uporablja manj zapletene optične sisteme in sisteme sledenja, kar pomeni tudi manj zapleteno vsakodnevno obratovanje; posledično se obratovalni stroški vzdrževanja zmanjšajo za 30 %, čas nedelovanja zaradi vzdrževanja znatno zmanjša, toplotna energija pa se stalno proizvaja tudi ob spreminjajočih se pogojih sončnega sevanja skozi dan. Študija termofluidne stabilnosti, izvedena leta 2023, je pokazala, da lahko tovarne med dnevnim delovanjem hitro dosežejo toplotno učinkovitost ter so hkrati termično fleksibilne tudi ob oblačnem vremenu.

Filozofija oblikovanja podjetja Demax se osredotoča na zanesljivost, toplotno integracijo, modularno razširljivost in neposredno toplotno dostavo, ki zmanjša izgube med električno pretvorbo.

Inženirski tim podjetja Demax se pri svojih načrtih osredotoča na tri določena področja. Prvič, na načine dobave toplote izključno s toplotnimi metodami. Ugotovili so, da se približno 97 % zajete sončne energije uporabi za neposredno toplotno zajemanje, kar je v primerjavi z drugimi metodami izjemno dobro. Drugič, modularna zasnova njihovih sončno-toplotnih nizov omogoča enostavno razširitev sistema, kar odpravlja potrebo po obsežnih spremembah v načrtu sistema. Majhne namestitve se začnejo pri 500 kWth, vendar jih je mogoče razširiti na več megavatov. Poleg tega se komponente sistema lahko obratujejo neprekinjeno dan za dnem. Realni testi so pokazali, da njihove komponente vsako leto izgubijo manj kot 1 % učinkovitosti, celo pri ekstremnih obratovalnih pogojih. Ta kombinacija načel zasnove omogoča proizvajalcem doseči najpomembnejše lastnosti svojih sistemov: dosledno in zanesljivo proizvodnjo toplotne energije brez zapletov, ki jih prinašajo konvencionalni sistemi.

Vključevanje sončnih toplotnih sistemov v industrijske procese

Primer: Sončni toplotni sistem z močjo 1,8 MWth, ki zagotavlja para s temperaturo 125 °C za predelavo hrane v Španiji (2023)

Leta 2023 je bila v Španiji na obratu za predelavo hrane, opremljenem s sončnim toplotnim sistemom Demax z močjo 1,8 MWth, prvi takšen sistem v državi, ki je lahko proizvajal pare pri temperaturi 125 °C, potrebni za sterilizacijo in čiščenje parne naprave. Ta sistem je integriran z eno od obstoječih kotlov podjetja in vključuje veliko 2300 m² veliko sončno vakuumsko cevno polje, ki je omogočilo zmanjšanje porabe naravnega plina za približno 28 %. Takšna konfiguracija povzroča letno zmanjšanje emisij CO2 za približno 420 metričnih ton. Poleg tega so zaradi visoke sončne osvetljenosti v Španiji in konkurenčnih industrijskih cen energije podjetju finančno izvedljivo obratovati sistem v polni zmogljivosti, saj se je investicija ekonomsko povračala v manj kot petih letih. To je še posebej prednostno za podjetja, kjer večina toplotnih energijskih potreb nastopa med dnevom in sovpada z razpoložljivostjo sončne toplotne energije.

Premagovanje nezanesljivosti: toplotna shramba na osnovi fazno spremenljivih materialov (PCM), ki omogoča razpoložljivo toplotno oskrbo v trajanju 6–10 ur

Toplotna shramba na osnovi fazno spremenljivih materialov (PCM) pomaga rešiti težavo nezanesljivosti sončne energije za industrijske namene. Primer tega je španska tovarna, ki uporablja kapsule s PCM na osnovi hidratov soli. Ti PCM absorbirajo odvečno toploto pri približno 118 stopinjah Celzija in kasneje sproščajo shranjeno toploto v obliki pare, kar omogoča delovanje tovarne ponoči brez uporabe fosilnih goriv za rezervno oskrbo. Tovarna je tako dosegla letno raba sončne energije približno 92 %, kar je znatno več kot običajnih 60–70 % v drugih objektih, ki uporabljajo sončno toploto brez kakršne koli shrambe. Tehnologija PCM je resnično revolucionarno dosežek za proizvajalce v živilski, farmacevtski in kemijski industriji, kjer je stalna oskrba z toploto ključnega pomena za obratovanje.

Pogosta vprašanja

V katerem temperaturnem obsegu delujejo sončni toplotni sistemi Demax?

Sončni toplotni sistemi Demax so zasnovani za industrijske ogrevalne zahteve že pri temperaturah do 400 stopinj Celzija.

Zakaj je za industrijske aplikacije pod 250 °C prednostno izbrana koncentracija CSP z nizko koncentracijo?

Zgoraj od 250 stopinj Celzija nastopajo težave s stroški obratovanja in vzdrževanja ter morebitnimi nihanji toplotnega izhoda. Pod 250 stopinj Celzija so sistemi CSP z nizko koncentracijo cenejši za obratovanje in vzdrževanje ter učinkovitejši pri izpolnjevanju stalnih zahtev po toplotnem izhodu, saj nihanja in nižje vrednosti vhodne toplote iz sončne svetlobe niso problem.

Katera so jedrska tehnologija v sončnih toplotnih sistemih Demax?

Demax uporablja modularne sončne toplotne nize, ki združujejo parabolične žlebove in vakuumsko izolirane cevi. Ta tehnološka integracija povzroči povečanje učinkovitosti za 24 odstotkov v primerjavi s sistemi, ki delujejo le z eno tehnologijo.

Kako se sistem Demax vključi v obstoječe industrijske procese?

Z sistemom Demax se obstoječi industrijski procesi ne spreminjajo, saj se spremembe izvedejo le na kotlih. Ta sprememba omogoča, da procesi porabijo manj zemeljskega plina in izpuščajo manj ogljikovega dioksida.