Блог

May 17, 2023

Инновации в объемном абсорбере повышают эффективность OVR до 90 %.

Опубликовано15 декабря 2022 г. 15 декабря 2022 г. Автор Керамика с трафаретной печатью

Опубликовано 15 декабря 2022 г. 15 декабря 2022 г. Автор

Керамическая поглотительная структура с трафаретной печатью производства Exentis Group.

В недавнем научно-исследовательском проекте, проведенном консорциумом немецких компаний Kraftanlagen Energies & Services GmbH, Vitesco Emitec и Exentis Group совместно с Немецким аэрокосмическим центром, было показано, что потенциал эффективности объемного ресивера далеко не исчерпывается конструкциями поглотителя. доступен на данный момент.

Чрезвычайно мелкомасштабные трехмерные геометрические конструкции были разработаны в соответствии с производственными возможностями участвующих компаний. Для проектирования конструкции был применен новый метод оптимизации на основе моделирования и привлечены специалисты компаний-производителей.

Как и наиболее распространенный в настоящее время приемник расплавленной соли, воздушный ресивер открытого объема (OVR) является единственной передовой технологией приемника, которая предлагает проверенную, эффективную и масштабируемую концепцию хранения.

РИСУНОК 1: Схема солнечной электростанции с открытым объемным ресивером (ОВР).

Кроме того, технология ОВР имеет существенные преимущества в простоте и надежности эксплуатации по сравнению с установками с приемниками расплавленной соли. При температуре воздуха на выходе 650°C и выше он имеет самую высокую верхнюю температуру процесса, доступную в настоящее время, что открывает потенциал для использования современных высокоэффективных паровых процессов с температурой 620°C.

Технология OVR была разработана до высокой степени зрелости за последние два десятилетия и демонстрируется как комплексная электростанция в немецкой солнечной башне Юлих, экспериментальной электростанции, управляемой Немецким аэрокосмическим центром (РИСУНОК 2).

РИСУНОК 2: Экспериментальная электростанция Solar Tower в Юлихе в работе.

Объемный поглотитель, основной компонент технологии OVR, представляет собой пористую структуру, которая позволяет концентрированному солнечному излучению глубоко проникать в его объем, поглощаться и передаваться в виде тепла параллельному потоку газа через большую внутреннюю поверхность (РИСУНОК 3).

Типичными материалами, используемыми в качестве поглотителей, являются сетки из металлических проволок из жаростойких стальных сплавов, сетчатые пенопластовые конструкции из керамики или канальные конструкции из стали или керамики.

РИСУНОК 3: Принцип работы объемного поглотителя.

Современный поглотитель, который также используется в солнечной башне в Юлихе, состоит из экструдированных сот из карбидокремниевой керамики с ячеистостью около 80 дюймов на квадратный дюйм и открытой пористостью 50% (РИСУНОК 4).

РИСУНОК 4: Современный модуль абсорбера с керамическими сотами

Витеско Эмитек изготовил корпус канальных конструкций из чередующихся пар плоских и гофрированных сверхтонких металлических листов (~50 микрометров) из жаростойкого стального сплава. Металлические листы могут различаться по длине и ориентации (РИСУНОК 5).

РИСУНОК 5: Модуль абсорбера Vitesco Emitec со структурой каналов из металлической фольги.

РИСУНОК 6: Модуль абсорбера Exentis Group с передней частью из керамических штифтов.

Эксентис Групп изготовили канальные структуры с помощью инновационной технологии аддитивного производства: трафаретной печати SiC-керамикой. Их сотовая конструкция характеризуется каналами, заканчивающимися очень тонкими штырьками по направлению к облучаемому фронту (РИСУНОК 6).

В ходе двухэтапного процесса проектирования новые конструкции поглотителя сначала были изготовлены и испытаны с размером зонда 60 x 60 мм, а затем они были изготовлены в модуле размером 140 x 140 мм, совместимом с приемником солнечной башни Юлих.

Испытания обоих размеров проводились на испытательном стенде в симуляторе искусственной солнечной энергии Synlight® компании DLR для измерения термического КПД по сравнению с современным поглотителем. После этого новые поглотители размером с модуль эксплуатировались с концентрированной солнечной радиацией в солнечной башне Юлих в течение нескольких дней, чтобы доказать свою стабильность в реальных условиях с переходными процессами, особенно из-за облаков.

Результаты измерений показывают значительное преимущество в термической эффективности новых структур поглотителя по сравнению с современным поглотителем (РИСУНОК 7). При базовой температуре 650°C структура Vitesco Emitec показывает 91%, а структура Exentis Group — 92%, что составляет +6 соответственно +7% по сравнению с современным уровнем техники.