ระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ของ Demax ให้ความร้อนสำหรับกระบวนการอุตสาหกรรมได้อย่างไร?

ระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ของ Demax ให้ความร้อนสำหรับกระบวนการอุตสาหกรรมอย่างไร

การจับคู่กำลังผลิตความร้อนจากแสงอาทิตย์ให้สอดคล้องกับช่วงอุณหภูมิที่สำคัญสำหรับกระบวนการอุตสาหกรรม (80–400°C)

แมคคินซีย์อธิบายว่า ความต้องการพลังงานความร้อนในภาคอุตสาหกรรมสูงสุด (มากกว่า 50%) เกิดขึ้นที่อุณหภูมิความร้อนต่ำกว่า 400 องศาเซลเซียส ดังนั้น Demax จึงมุ่งเน้นพัฒนาเทคโนโลยีของตนสำหรับช่วงอุณหภูมิ 400°C ซึ่งเป็นช่วงที่กระบวนการอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ในสหรัฐอเมริกาดำเนินการอยู่ ความยืดหยุ่นนี้ครอบคลุมอุตสาหกรรมต่าง ๆ ตั้งแต่โรงงานแปรรูปอาหาร ซึ่งมีความต้องการความร้อนระหว่าง 100 ถึง 250 องศาเซลเซียส ไปจนถึงผู้ผลิตสารเคมี ซึ่งโดยทั่วไปดำเนินการที่อุณหภูมิประมาณ 300 ถึง 400 องศาเซลเซียส การออกแบบแบบโมดูลาร์ของพวกเขาทำให้ไม่มีการสูญเสียพลังงาน เนื่องจากสามารถตอบสนองความต้องการเฉพาะของกระบวนการใด ๆ ได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ ยังให้ความร้อนที่สะอาดอย่างสมบูรณ์แบบสำหรับการฆ่าเชื้อเครื่องจักร การอบแห้งผลิตภัณฑ์ และการดำเนินกระบวนการกลั่น

เทคโนโลยีหลัก: การผสานรวมกระจกโค้งพาราโบลิก (parabolic troughs) กับท่อสุญญากาศ (evacuated tubes) ในอาร์เรย์พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์แบบโมดูลาร์

ระบบ Demax ผสานรวมเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์สองประเภท ประการแรกคือกระจกโค้งแบบพาราโบลิก (parabolic troughs) ซึ่งทำหน้าที่รวบรวมรังสีแสงแดดโดยตรงลงบนท่อรับความร้อน ซึ่งสามารถผลิตอุณหภูมิได้ระหว่าง 150 ถึง 400 องศาเซลเซียส และทำงานได้ดีที่สุดภายใต้แสงแดดโดยตรง ต่อมา ระบบใช้ท่อสุญญากาศแบบสูญญากาศ (vacuum sealed evacuated tubes) ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงในการดักจับความร้อน แม้ในสภาพแสงที่กระจาย (diffuse light) จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการอุณหภูมิต่ำ เมื่อนำไปใช้งานในรูปแบบสถาปัตยกรรมแบบผสม (hybrid architectures) งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นได้สูงสุดถึง 24% เมื่อเทียบกับระบบที่ใช้เทคโนโลยีเพียงชนิดเดียว แต่ละโมดูลมีขนาดประมาณ 500 ตารางเมตร และสามารถผลิตพลังงานความร้อนได้ประมาณ 0.5 เมกะวัตต์ โครงสร้างแบบโมดูลาร์นี้ช่วยให้บริษัทสามารถติดตั้งหน่วยงานต่างๆ แบบเป็นระยะตามความต้องการในการผลิตที่เพิ่มขึ้น หรือตามการปรับปรุงโรงงานของตน

เหตุใดระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบควบแน่นต่ำ (Low-Concentration CSP) จึงเหมาะสมกว่าสำหรับการใช้งานพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ในภาคอุตสาหกรรม

ข้อได้เปรียบเมื่อเปรียบเทียบกับระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบควบแน่นสูง (high-concentration CSP): การดำเนินงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า 250 °C, ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและบำรุงรักษา (O&M) ต่ำกว่า, และประสิทธิภาพการทำงานเหนือกว่าในสภาวะโหลดบางส่วน

เมื่อพิจารณาถึงอุณหภูมิในการดำเนินงานที่ประมาณ 250 °C ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบความเข้มข้นต่ำ (Low concentration CSP) มีประสิทธิภาพเหนือกว่าระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบความเข้มข้นสูง (High concentration CSP) เนื่องจากสามารถให้ประสิทธิภาพความร้อนที่ดีขึ้นในแอปพลิเคชันที่ใช้ไอน้ำ เช่น การแปรรูปอาหารและการย้อมผ้า ได้ประมาณ 15 ถึง 25% เหตุผลที่เป็นเช่นนี้คือ ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบความเข้มข้นต่ำใช้อุปกรณ์ออปติกและระบบติดตามดวงอาทิตย์ที่มีความซับซ้อนน้อยกว่า ซึ่งหมายความว่ามีความซับซ้อนน้อยลงในการปฏิบัติงานประจำวัน ส่งผลให้ต้นทุนการบำรุงรักษาในการดำเนินงานลดลง 30% ระยะเวลาหยุดให้บริการเพื่อการบำรุงรักษาน้อยลงอย่างมีนัยสำคัญ และสามารถผลิตพลังงานความร้อนได้อย่างสม่ำเสมอ แม้ภายใต้สภาวะรังสีแสงอาทิตย์ที่เปลี่ยนแปลงไปตลอดทั้งวัน ผลการศึกษาความเสถียรของเทอร์โมฟลูอิดที่ดำเนินการในปี 2023 แสดงให้เห็นว่าโรงงานสามารถดำเนินการด้านความร้อนได้อย่างรวดเร็วในระหว่างวัน และยังคงมีความยืดหยุ่นด้านความร้อนได้แม้ในวันที่มีเมฆมาก

ปรัชญาการออกแบบของ Demax มุ่งเน้นที่ความน่าเชื่อถือ การผสานรวมด้านความร้อน ความสามารถในการปรับขนาดแบบโมดูลาร์ และวิธีการส่งผ่านความร้อนโดยตรง ซึ่งช่วยลดการสูญเสียให้น้อยที่สุดระหว่างกระบวนการแปลงพลังงานไฟฟ้า

ทีมวิศวกรของบริษัท Demax มุ่งเน้นการออกแบบในสามด้านเฉพาะ ประการแรก คือ วิธีการส่งมอบพลังงานที่ใช้เพียงความร้อนเท่านั้น พวกเขาบันทึกไว้ว่าพลังงานแสงอาทิตย์ที่จับได้ประมาณ 97% ถูกนำไปใช้ในการจับพลังงานความร้อนโดยตรง ซึ่งถือว่าน่าประทับใจเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีอื่นๆ ประการที่สอง คือ การออกแบบแบบโมดูลาร์ของแผงรับพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ ซึ่งช่วยให้สามารถขยายระบบได้อย่างง่ายดาย โดยไม่จำเป็นต้องปรับเปลี่ยนโครงสร้างระบบอย่างกว้างขวาง สำหรับการติดตั้งขนาดเล็กเริ่มต้นที่ 500 กิโลวัตต์ความร้อน (kWth) แต่สามารถขยายได้จนถึงหลายเมกะวัตต์ นอกจากนี้ องค์ประกอบของระบบยังสามารถทำงานต่อเนื่องได้ทุกวัน ผลการทดสอบในสภาพแวดล้อมจริงแสดงให้เห็นว่า องค์ประกอบของระบบมีอัตราการเสื่อมสภาพน้อยกว่า 1% ต่อปี แม้ในสภาวะการใช้งานที่รุนแรงมากที่สุด ชุดทางเลือกในการออกแบบนี้จึงช่วยให้ผู้ผลิตสามารถบรรลุประเด็นสำคัญที่สุดของระบบที่พวกเขาพัฒนา นั่นคือ การผลิตพลังงานความร้อนอย่างสม่ำเสมอและเชื่อถือได้ โดยปราศจากความยุ่งยากที่พบได้ในระบบแบบดั้งเดิม

การผสานระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์เข้ากับกระบวนการอุตสาหกรรม

ตัวอย่าง: ระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ขนาด 1.8 MWth ที่จัดหาไอน้ำที่มีอุณหภูมิ 125°C สำหรับการแปรรูปอาหารในประเทศสเปน (2023)

ในปี ค.ศ. 2023 โรงงานแปรรูปอาหารแห่งหนึ่งในประเทศสเปน ซึ่งติดตั้งระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์แบบ Demax ขนาด 1.8 เมกะวัตต์เทอร์มัล (MWth) เป็นโรงงานแห่งแรกของประเทศที่สามารถผลิตไอน้ำที่อุณหภูมิ 125°C ได้ ซึ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการฆ่าเชื้อและทำความสะอาดด้วยไอน้ำ ระบบนี้ถูกผสานเข้ากับระบบหม้อไอน้ำที่มีอยู่แล้วของบริษัทหนึ่ง และมีแผงเก็บพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์แบบสุญญากาศ (evacuated tube) ขนาดใหญ่พิเศษพื้นที่ 2,300 ตารางเมตร ซึ่งสามารถลดการใช้ก๊าซธรรมชาติได้ประมาณ 28% ทั้งนี้ การจัดตั้งระบบนี้ส่งผลให้ปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลดลงประมาณ 420 ตันต่อปี นอกจากนี้ เนื่องจากประเทศสเปนมีระดับการรับพลังงานแสงอาทิตย์สูงและราคาพลังงานภาคอุตสาหกรรมที่แข่งขันได้ ทำให้บริษัทสามารถดำเนินการระบบดังกล่าวได้อย่างคุ้มค่าทางการเงิน โดยระบบมีความสามารถในการคืนทุนจากการลงทุนภายในระยะเวลาไม่ถึง 5 ปี ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบอย่างยิ่งสำหรับบริษัทที่มีความต้องการพลังงานความร้อนส่วนใหญ่เกิดขึ้นในช่วงเวลากลางวัน ซึ่งสอดคล้องกับช่วงเวลาที่มีพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์พร้อมใช้งาน

การเอาชนะความไม่ต่อเนื่อง: ระบบเก็บพลังงานความร้อนแบบใช้วัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCM) ที่สามารถจ่ายความร้อนได้ตามความต้องการเป็นเวลา 6–10 ชั่วโมง

ระบบเก็บพลังงานความร้อนแบบใช้วัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCMs) ช่วยแก้ปัญหาความไม่ต่อเนื่องของพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับการใช้งานในภาคอุตสาหกรรม ตัวอย่างหนึ่งคือโรงงานในสเปนที่ใช้แคปซูล PCM ชนิดไฮเดรตของเกลือ วัสดุ PCM เหล่านี้ดูดซับความร้อนส่วนเกินที่อุณหภูมิประมาณ 118 องศาเซลเซียส และปล่อยความร้อนที่เก็บไว้ออกมาในรูปของไอน้ำในเวลาต่อมา ทำให้โรงงานสามารถดำเนินการผลิตได้ในเวลากลางคืนโดยไม่จำเป็นต้องพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลสำหรับการสำรองพลังงาน นอกจากนี้ โรงงานแห่งนี้ยังบรรลุการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ได้ถึงร้อยละ 92 ต่อปี ซึ่งสูงกว่าค่าเฉลี่ยทั่วไปที่ร้อยละ 60–70 ของสถานประกอบการอื่นๆ ที่ใช้พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์โดยไม่มีระบบเก็บพลังงานเลย เทคโนโลยี PCM จึงกลายเป็นปัจจัยเปลี่ยนเกมอย่างแท้จริงสำหรับผู้ผลิตในอุตสาหกรรมอาหาร ยา และเคมี ซึ่งต้องอาศัยการจ่ายความร้อนอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้กระบวนการผลิตดำเนินไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ

คำถามที่พบบ่อย

ระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ของ Demax มีเป้าหมายที่ช่วงอุณหภูมิเท่าใด?

ระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ของ Demax มีเป้าหมายเพื่อตอบสนองความต้องการความร้อนในภาคอุตสาหกรรมที่อุณหภูมิต่ำสุดถึง 400 องศาเซลเซียส

เหตุใดระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบความเข้มข้นต่ำ (CSP) จึงได้รับความนิยมสำหรับการใช้งานเชิงอุตสาหกรรมที่อุณหภูมิต่ำกว่า 250°C?

ที่อุณหภูมิสูงกว่า 250 องศาเซลเซียส ต้นทุนในการดำเนินงานและการบำรุงรักษา รวมทั้งความผันผวนที่อาจเกิดขึ้นของกำลังความร้อนที่ผลิต ถือเป็นประเด็นสำคัญ แต่ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 250 องศาเซลเซียส ระบบ CSP แบบความเข้มข้นต่ำมีต้นทุนการดำเนินงานและบำรุงรักษาน้อยกว่า และมีประสิทธิภาพสูงกว่าในการตอบสนองความต้องการความร้อนอย่างสม่ำเสมอ เนื่องจากความผันผวนหรือระดับความร้อนขาเข้าที่ต่ำจากแสงแดดไม่ส่งผลกระทบต่อระบบ

เทคโนโลยีหลักในระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ของ Demax คืออะไร?

Demax มีอาร์เรย์พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์แบบโมดูลาร์ ซึ่งผสานรวมกระจกโค้งพาราโบลา (parabolic troughs) กับท่อสุญญากาศ (evacuated tubes) เข้าด้วยกัน การผสานเทคโนโลยีนี้ทำให้เกิดประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น 24 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับระบบที่ใช้เทคโนโลยีเพียงอย่างเดียว

ระบบ Demax สามารถผสานเข้ากับกระบวนการอุตสาหกรรมที่มีอยู่ได้อย่างไร?

ด้วยระบบ Demax กระบวนการอุตสาหกรรมที่มีอยู่จะยังคงเหมือนเดิม โดยการปรับเปลี่ยนจะทำเพียงเฉพาะในระบบที่เกี่ยวข้องกับหม้อไอน้ำเท่านั้น การเปลี่ยนแปลงนี้ช่วยให้กระบวนการสามารถใช้ก๊าซธรรมชาติน้อยลง และปล่อยคาร์บอนออกสู่สิ่งแวดล้อมในปริมาณที่ต่ำลง