Як сонячні теплові системи Demax забезпечують тепло для промислових процесів?

Як сонячні теплові системи Demax забезпечують промислове технологічне тепло

Узгодження виробництва тепла у сонячних теплових системах із ключовими промисловими температурними діапазонами (80–400 °C)

McKinsey пояснює, що найбільший попит на промислове нагрівання (понад 50 %) виникає при температурах нагріву нижче 400 °C. Тому компанія Demax зосереджує свою технологію саме на діапазоні до 400 °C — саме в цьому діапазоні працює більшість промислових процесів у Сполучених Штатах. Ця гнучкість охоплює різні галузі: від підприємств з переробки харчових продуктів, які потребують нагріву в межах від 100 до 250 °C, до хімічних виробників, що зазвичай працюють при температурах близько 300–400 °C. Їх модульна конструкція забезпечує відсутність втрат енергії, оскільки система точно відповідає вимогам будь-якого конкретного процесу. Крім того, вона забезпечує повністю чисте нагрівання для стерилізації обладнання, сушіння продуктів та проведення процесів дистиляції.

Основна технологія: інтеграція параболічних жолобів і вакуумованих трубок у модульні сонячні теплові установки.

Система Demax інтегрує два типи сонячних технологій. По-перше, параболічні жолоби, що концентрують прямі сонячні промені на теплоприймальних трубах з виходом температури 150–400 °C, які працюють найефективніше за умов прямого сонячного світла. По-друге, система використовує вакуумні евакуйовані труби, які чудово поглинають тепло навіть при розсіяному світлі й ідеально підходять для застосування при низьких температурах. Коли такі системи реалізуються у вигляді гібридних архітектур, дослідження показують, що їхня ефективність зростає до 24 % порівняно з системами, що використовують лише одну технологію. Кожен модуль має площу близько 500 квадратних метрів і генерує приблизно 0,5 МВт теплової енергії. Такий модульний дизайн дозволяє компаніям розгортали одиниці поетапно — по мірі зростання виробничих потреб або модернізації підприємств.

Чому CSP з низькою концентрацією краще підходить для промислових сонячних теплових застосувань

Переваги порівняно з CSP з високою концентрацією: більш ефективна робота при температурах <250 °C, нижчі витрати на обслуговування та ремонт (O&M), краща продуктивність у режимі часткового навантаження

Коли йдеться про робочі температури близько 250 °C, концентраційні сонячні теплові електростанції (CSP) з низькою концентрацією перевершують станції з високою концентрацією, оскільки забезпечують підвищену теплову ефективність у парових застосуваннях — зокрема в харчовій промисловості та фарбуванні текстилю — приблизно на 15–25 %. Це пояснюється тим, що CSP з низькою концентрацією використовують менш складну оптику та системи слідкування, що також означає нижчу щоденну оперативну складність. Як наслідок, витрати на технічне обслуговування зменшуються на 30 %, час простоїв через обслуговування значно скорочується, а виробництво теплової енергії залишається стабільним навіть за змінних умов сонячної радіації протягом дня. У 2023 році було проведено дослідження термостійкості теплоносія, яке показало, що підприємства можуть ефективно працювати в тепловому режимі протягом сонячного дня, а також зберігати теплову гнучкість у похмуру погоду.

Філософія дизайну Demax робить акцент на надійності, тепловій інтеграції, модульній масштабованості та безпосередньому методі теплопередачі, що мінімізує втрати під час електричного перетворення.

Інженерна команда Demax зосереджується на трьох конкретних аспектах у своїх розробках. По-перше, це методи поставки, що використовують лише теплову енергію. Зафіксовано, що приблизно 97 % захопленої сонячної енергії використовується безпосередньо для теплового збору — це вражаючий показник порівняно з іншими методами. По-друге, модульна конструкція їхніх сонячних теплових колекторів дозволяє легко розширювати систему, що усуває необхідність значних змін у проектуванні системи. Малі за потужністю установки починаються від 500 кВтт, однак їх можна розширити до кількох мегаватів. Крім того, компоненти системи можуть працювати безперервно день за днем. Практичні випробування продемонстрували, що їхні компоненти зазнають деградації менше ніж на 1 % щороку, навіть у надзвичайних умовах експлуатації. Цей комплекс проектних рішень дозволяє виробникам забезпечити найважливіші характеристики своїх систем: стабільне й надійне теплове енергозабезпечення без ускладнень, притаманних традиційним системам.

Інтеграція сонячних теплових систем у промислові процеси

Приклад: сонячна теплова система потужністю 1,8 МВт, що забезпечує пару з температурою 125 °C для переробки харчових продуктів у Іспанії (2023 р.)

У 2023 році на підприємстві з переробки харчових продуктів у Іспанії, оснащеному сонячною термальною системою Demax потужністю 1,8 МВт, було вперше в країні досягнуто виробництва пари при температурі 125 °C, необхідної для стерилізації та очищення парою. Ця система інтегрована з однією з існуючих котельних систем компанії й має велику сонячну колекторну установку з вакуумними трубчастими колекторами площею 2300 м², що забезпечила скорочення споживання природного газу приблизно на 28 %. Така конфігурація дозволяє щорічно зменшувати обсяги викидів CO₂ приблизно на 420 метричних тонн. Крім того, завдяки високій сонячній інсоляції в Іспанії та конкурентоспроможним цінам на промислову енергію, компанії було фінансово вигідно експлуатувати систему на повну потужність, оскільки строк окупності інвестицій становив менше 5 років. Це особливо вигідно для компаній, основна частина теплових енергетичних потреб яких припадає на денний час і збігається з періодом доступності сонячної термальної енергії.

Подолання переривчастості: теплове накопичення на основі матеріалів зі зміною агрегатного стану (PCM), що забезпечує подачу тепла протягом 6–10 годин

Теплове накопичення на основі матеріалів зі зміною агрегатного стану (PCM) допомагає вирішити проблему переривчастості сонячної енергії для промислового використання. Прикладом цього є іспанський завод, який використовує капсули PCM на основі гідратів солей. Ці PCM поглинають надлишкове тепло приблизно за 118 °C і виділяють накопичене тепло у вигляді пари в подальшому, що дозволяє заводу працювати вночі без використання викопного палива як резервного джерела. Цей завод також досягнув річного рівня використання сонячної енергії близько 92 % — значно вищого, ніж типові 60–70 % інших об’єктів, що використовують сонячну теплову енергію без будь-якого накопичення. Технологія PCM справді стала революційною для виробників у харчовій, фармацевтичній та хімічній галузях, де постійна подача тепла є критично важливою для виробничих процесів.

Часті запитання

У якому температурному діапазоні працюють сонячні теплові системи Demax?

Сонячні теплові системи Demax призначені для задоволення промислових потреб у теплі при температурах до 400 °C.

Чому для промислових застосувань при температурах нижче 250 °C переважно використовують концентровані сонячні теплові системи з низькою концентрацією?

При температурах вище 250 °C виникають проблеми, пов’язані з експлуатаційними та обслуговувальними витратами, а також із можливими коливаннями теплової потужності. При температурах нижче 250 °C системи концентрованих сонячних теплових установок з низькою концентрацією є дешевшими у експлуатації та обслуговуванні й ефективніше задовольняють постійні потреби у тепловій потужності, оскільки низькі значення та коливання вхідної теплової потужності від сонячного світла не є проблемою.

Які основні технології використовуються в сонячних теплових системах Demax?

Demax використовує модульні сонячні теплові масиви, що поєднують параболічні жолоби та вакуумні трубки. Така технологічна інтеграція забезпечує підвищення ефективності на 24 % порівняно з системами, що функціонують лише на одній технології.

Як система Demax інтегрується в існуючі промислові процеси?

З системою Demax існуючі промислові процеси залишаються незмінними, оскільки зміни вносяться лише в котельні системи. Ця зміна дозволяє процесам споживати менше природного газу та зменшувати обсяги викидів вуглекислого газу.