Khai thác sức nóng của mặt trời: Vai trò quan trọng của máy sưởi "tăng cường"

Trong các hệ thống năng lượng nhiệt mặt trời, cụ thể là Điện mặt trời tập trung (CSP) và nhiệt quy trình công nghiệp, vai trò của lò sưởi dự phòng hoặc phụ trợ là không thể thiếu. Những máy sưởi này cung cấp lượng nhiệt cần thiết khi bức xạ mặt trời không đủ, chẳng hạn như vào ban đêm hoặc khi trời nhiều mây. Chúng rất cần thiết để duy trì các hệ thống lưu trữ nhiệt dựa vào chất lỏng truyền nhiệt (HTF) như muối nóng chảy hoặc dầu truyền nhiệt. Do tính chất đặc biệt của các chất lỏng này-muối nóng chảy thường vượt quá 400 độ và dầu truyền nhiệt có phạm vi từ 300 độ đến 400 độ -việc chọn vật liệu làm nóng phù hợp trở thành nhiệm vụ then chốt trong việc đảm bảo độ tin cậy, hiệu quả sử dụng năng lượng và chi phí vận hành tổng thể của hệ thống.

Các đối thủ: Khả năng vật chất dưới ánh đèn mặt trời

Khi lựa chọn vật liệu để sưởi ấm chất lỏng nhiệt bằng năng lượng mặt trời, có ba đối thủ chính nổi bật:thạch anh, hợp kim kim loại(chẳng hạn như hợp kim làm từ thép không gỉ, titan và niken) vàlớp phủ polymer(PFA/PTFE). Mỗi loại đều có những ưu điểm và hạn chế riêng, đặc biệt khi xem xét ngưỡng nhiệt độ, khả năng tương thích chất lỏng và hiệu suất cơ học.

Thạch anh: Thạch anh có khả năng chịu nhiệt độ-cao vượt trội, khiến nó trở thành ứng cử viên lý tưởng cho các ứng dụng muối nóng chảy có thể vượt quá 500 độ . Độ trơ hóa học cao của nó đảm bảo khả năng tương thích với nhiều loại muối nóng chảy và dầu truyền nhiệt, mang lại độ bền-lâu dài. Tuy nhiên, độ giòn của nó đặt ra những thách thức về mặt xử lý và lắp đặt, đồng thời giá thành cao là một nhược điểm đáng chú ý.

Hợp kim kim loại: Thép không gỉ và hợp kim titan thường được sử dụng trong các hệ thống đòi hỏi độ bền cơ học, tính dẫn nhiệt tốt và khả năng chống ăn mòn. Đối với muối nóng chảy và dầu nhiệt có nhiệt độ-cao, có thể cần phải có hợp kim gốc niken-chuyên dụng. Mặc dù hợp kim kim loại hoạt động tốt trong các hệ thống có nhiệt độ từ thấp đến trung bình nhưng chúng lại gặp phải các vấn đề như ăn mòn đồng đều và rỗ khi tiếp xúc với các chất lỏng mạnh như muối nóng chảy hoặc một số loại dầu nhất định.

Lớp phủ Polymer (PFA/PTFE): Những vật liệu này có hiệu quả về mặt chi phí, có khả năng kháng hóa chất tuyệt vời và thường được sử dụng trong các hệ thống có nhiệt độ-thấp hơn. Ứng dụng của chúng trong các hệ thống nhiệt mặt trời thường bị giới hạn ở phạm vi nhiệt độ thấp hơn (thường dưới 250 độ), đặc biệt là trong các hệ thống bảo vệ chống đóng băng. Chúng không phù hợp với hệ thống muối nóng chảy hoặc dầu nhiệt ở nhiệt độ cao hơn do khả năng chịu nhiệt độ tương đối thấp.

Ma trận quyết định: Ánh xạ vật liệu vào thực tế ứng dụng

Ngoài ma trận: Những cân nhắc kỹ thuật bổ sung

Mặc dù ma trận quyết định đưa ra đánh giá ban đầu rõ ràng nhưng các cân nhắc kỹ thuật khác phải được tính đến, bao gồm:

Áp suất hệ thống: Hệ thống-áp suất cao có xu hướng ưu tiên sử dụng bộ sưởi kim loại có thiết kế mặt bích chắc chắn, mang lại độ bền cơ học cần thiết để vận hành an toàn dưới áp suất.

Tần số đạp xe nhiệt: Hệ thống có chu kỳ khởi động{0}}dừng thường xuyên yêu cầu vật liệu có khả năng chống mỏi nhiệt cao. Kim loại, đặc biệt là hợp kim titan và niken, thường hoạt động tốt hơn trong những điều kiện này so với thạch anh.

Bảo trì và giám sát: Trong các nhà máy CSP ở xa, độ tin cậy của vật liệu được sử dụng là điều tối quan trọng. Do đó, việc chẩn đoán dễ dàng và độ bền của từng vật liệu dưới tác dụng của nhiệt và hóa chất là những yếu tố quan trọng trong quá trình-ra quyết định.

Kết luận: Triết lý-cho-mục đích phù hợp trong một tương lai bền vững

Việc chọn vật liệu phù hợp để sưởi ấm chất lỏng nhiệt bằng năng lượng mặt trời không phải là vấn đề tìm một giải pháp-kích thước-phù hợp{2}}cho tất cả mọi người. Thay vào đó, đó là việc đảm bảo rằng vật liệu được chọn phù hợp với nhu cầu riêng của hệ thống được đề cập. Đối với hệ thống muối nóng chảy ở nhiệt độ-cao, thạch anh là một lựa chọn tuyệt vời, mang lại hiệu suất nhiệt độ-cao vượt trội và khả năng tương thích hóa học. Để sử dụng rộng rãi trong các hệ thống dầu truyền nhiệt, các kim loại hợp kim như thép không gỉ và titan mang lại sự cân bằng tốt về độ bền, khả năng truyền nhiệt và hiệu quả chi phí-. Lớp phủ polymer tuy không phù hợp với các ứng dụng{10}nhiệt độ cao nhưng vẫn là lựa chọn tuyệt vời để chống đóng băng và sưởi ấm{11}ở nhiệt độ thấp. Việc lựa chọn vật liệu thành công đảm bảo vừa tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng vừa giảm thiểu tổng chi phí sở hữu trong suốt vòng đời của hệ thống.