Nikel bazlı alaşımlar ve nikel içeren paslanmaz çelikler, güneş enerjisi veya konsantre güneş enerjisi (CSP) adı verilen yeni bir yenilenebilir enerji türünde kilit rol oynamaktadır.
Bu malzemelerin kullanımı, endüstrinin ısı transferi ve depolama teknolojisindeki zorlukların üstesinden gelmesine olanak sağladı ve tasarım ömrü 40 yıl veya daha fazla olan projeler için malzeme bozulmasını veya değiştirme maliyetlerini azaltmaya yardımcı olabilir.
Uluslararası Enerji Ajansı'na (IEO 2017) göre, 2015 ile 2040 yılları arasında yenilenebilir enerji tüketimi (CSP dahil) yıllık yüzde 2,3 oranında artacak. Şu anda dünya çapında 40'tan fazla güneş enerjisi santrali var ve bu tür 20'den fazla santral planlama veya inşaat aşamasında. İspanya, Hindistan, Güney Afrika, Çin, Şili, Avustralya, Orta Doğu ve Kuzey Afrika (MENA) ve güney Amerika Birleşik Devletleri gibi yüksek güneş ışınımına sahip bölgelerde bulunma eğilimindedirler.
Gösteri CSP enerji santralleri, 1980'ler kadar erken bir tarihte faaliyetteydi. O zamandan beri, enerji hasadı ve depolamada çok ilerleme kaydedildi. Güneş kulesi, ısı transfer sıvısı olarak erimiş tuzun kullanıldığı yeni geliştirilmiş bir konsantre etme teknolojisidir. Nitrat karışımının erime sıcaklığı genellikle 130 derece (268 derece F) veya üzeridir. 288 derece (550 derece F) sıcaklıklarda yalıtılmış depolama tanklarında sıvı halde kalırlar. Sıvı tuz daha sonra bir borudan bir güneş alıcısına pompalanır ve konsantre radyasyonla 566 derece (1.050 derece F) kadar yüksek sıcaklıklara ısıtılır. Yüksek sıcaklıktaki sıvı daha sonra yüksek sıcaklıktaki bir depolama tankına beslenir. Yüksek sıcaklık depolama tankı da yalıtılmıştır ve termal enerjiyi uzun süre depolayabilir.
Termal Elektrik Depolama (TES), talep ve çevre koşullarındaki değişiklikleri telafi etmek için kullanılır. Erimiş tuz, geleneksel türbinleri ve jeneratörleri çalıştırmak için buhar üretmek için gerektiğinde bir buhar jeneratörüne pompalanır. TES'in diğer büyük ölçekli yenilenebilir enerji kaynaklarına göre benzersiz avantajları vardır ve bazı durumlarda yedek güç üretimi yakıtı bile gerektirmez. 2013 yazında, İspanya'daki bir erimiş tuz kuleleri sistemi, 36 gün boyunca günde 24 saat kesintisiz elektrik üretti - ilk kez.
Crescent Dunes, faaliyette olan böyle bir elektrik santralidir. Nevada, Tonopah'ta, Las Vegas'ın kuzeyindeki çölde yer alan tesisin net üretim kapasitesi 110 megawatt ve TES süresi 10 saattir. Bu, elektrik santralinin yoğun talep dönemlerinde 10 saate kadar tam kapasitede elektrik üretebileceği anlamına gelir. 10'dan fazla 000 heliostat güneş ışığını yansıtır ve enerjiyi 200-metre (640-foot) kulenin tepesindeki bir alıcıda yoğunlaştırır. Her heliostat, toplam alanı 115.7 metrekare (1,245 fit kare) olan küçük aynalardan oluşur. Toplam ışık toplama alanı 1,2 milyon metrekareyi (12 milyon fit kare) aşıyor. 2015'teki ticari lansmanından bu yana Crescent Dunes, tahmini 75000 evin en yüksek elektrik talebini karşılamaya yetecek kadar 173 gigawatt'tan fazla elektrik üretti. Güneş kuleleri ve erimiş tuz CSP'leri, Güney Afrika, Avustralya ve Nevada'da planlanan yeni projelerin tasarım temelini oluşturuyor. Güney Afrika'daki 100 MW'lık Redstone projesi, 12 saatlik TES süresi ile yaklaşık 200000 hanenin en yüksek elektrik talebini karşılayacaktır. Nevada'daki devasa yeni bir projede 2 gigawatt (2,000 megawatt) üretim kapasitesine sahip 10 güneş kulesi bulunuyor.
Kullanımıpaslanmaz çelikvenikel alaşımlarıdaha önce erimiş tuzların işlenmesinin zor olduğu yüksek sıcaklıklı sistemleri mümkün kılmıştır. Tasarımcılar ve mühendisler, UNS N06617, N06625 ve N06230 gibi nikel bazlı alaşımlardan alıcı tüpler yapmaya başladılar, çünkü yüksek sıcaklık dayanımını uzun süreler -- için sürünme direnci olarak bilinen bir özellik korumak zorundaydılar. Bu alaşımlar, esas olarak yüksek nikel içeriği ve oksidasyona karşı dirençleri nedeniyle çalışma sıcaklıklarında stabildir.
Yüksek sıcaklık depolama tankları için 347H tipi paslanmaz çelik (S34709) kullanılır.
2016 itibariyle, dünya çapındaki CSP'lerin toplam kurulu gücü 4.815 MW'a ulaştı. 2017 yılında İspanya, dünya toplamının neredeyse yarısı olan 2.300 MW kurulu güce sahipti. Amerika Birleşik Devletleri 1.740 MW kurulu güce sahiptir ve dünyanın en büyük iki projesine sahiptir: Avenpa Güneş Enerjisi Santrali (392 MW) ve Mojave Güneş Projesi (354 MW).
Nevada, Las Vegas'ın kuzeyindeki çölde bulunan Crescent Dunes, 110 megawatt net enerji üretim kapasitesine ve 10 saatlik TES süresine sahiptir. Bu, elektrik santralinin yoğun talep dönemlerinde 10 saate kadar tam kapasitede elektrik üretebileceği anlamına gelir.
Güneş kulesi yoğunlaştırma teknolojisi
1. Güneş ışığı, geniş bir heliostat alanında yoğunlaşır ve 195-metre (640-foot) kulenin tepesindeki bir alıcıya yansıtılır; 2. Soğuk tuz deposundan gelen sıvı tuz alıcıya pompalanır ve 566 dereceye (1050 derece F) kadar ısıtılır; 3. Alıcıdaki ısıtılmış tuz, bir sıcak tuz tankında depolanır; 4. Sıcak tuz, buhar türbinini elektrik üretmek üzere çalıştıran buhar oluşturmak için buhar jeneratörü aracılığıyla sıcak tuz tankına pompalanır; 5. 288 derecede (550 derece F) soğuk tuz, soğuk tuz tankına geri akar; 6. Buhar türbininden gelen yoğunlaştırılmış buhar tekrar tekrar geri dönüştürülür.
