كجزء من المهمة المستمرة لمشروع DESOLINATION لإزالة الكربون من عملية تحلية المياه، تم تحقيق إنجاز كبير في جامعة LUT: تم تحقيق التحقق التجريبي لطباعة ثلاثية الأبعاد heat exchanger. يوضح هذا الإنجاز أن التصنيع المضاف (المعروفة أيضًا باسم الطباعة ثلاثية الأبعاد) يمكن أن تعزز أداء المبادلات الحرارية المستخدمة في دورات ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة (sCO2) دورات برايتون, مما يمهد الطريق لأنظمة طاقة أكثر كفاءة.
في الآونة الأخيرة، حقق فريق مشروع DESOLINATION إنجازًا كبيرًا من خلال التحقق بنجاح من صحة الإعداد التجريبي الخاص بهم في جامعة لوس أنجلوس للتكنولوجيا. تضمنت عملية التحقق هذه عدة خطوات رئيسية:
- التصميم: طور الفريق مخططًا للمبادل الحراري المطبوع ثلاثي الأبعاد، مع التركيز على تحسين شكله ووظيفته.
- المحاكاة: استخدام أدوات مثل ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD), قام الفريق بمحاكاة أداء المبادل الحراري في ظل ظروف العالم الحقيقي.
- التصنيع المضاف: طُبع المبادل الحراري باستخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المتقدمة، مما سمح بتصميم أكثر تعقيداً وفعالية.
- التجميع: تم بعد ذلك تجميع الأجزاء المطبوعة في مبادل حراري يعمل بكامل طاقته.
- الاختبار: كانت الخطوة الأخيرة هي اختبار المبادل الحراري للتأكد من قدرته على تحمل الضغوط ودرجات الحرارة المتوقعة في دورة برايتون sCO2.
ويبرهن الانتهاء بنجاح من هذه الخطوات على أن المبادلات الحرارية المطبوعة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تعمل بفعالية في بيئات الضغط العالي ودرجات الحرارة العالية. ويمثل هذا الإنجاز خطوة مهمة نحو دمج هذه التصاميم المتقدمة في أنظمة الطاقة الشمسية المركزة في العالم الحقيقي.
ما يعنيه ذلك بالنسبة لمستقبل الطاقة المستدامة
إن القدرة على استخدام المبادلات الحرارية المطبوعة ثلاثية الأبعاد في دورات برايتون لثاني أكسيد الكربون لها آثار بعيدة المدى على مشروع DESOLINATION وما بعده. فمن خلال تحسين كفاءة تحويل الطاقة، ستسهل هذه الابتكارات توليد الكهرباء النظيفة من مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية. ويكتسب هذا الأمر أهمية خاصة بالنسبة لهدف المشروع المتمثل في إزالة الكربون من تحلية المياه، والتي تتطلب كميات كبيرة من الطاقة لإنتاج المياه العذبة في المناطق القاحلة.
دور المبادلات الحرارية في تحلية المياه وتوليد الطاقة
المبادلات الحرارية ضرورية في الأنظمة التي تحول الحرارة إلى طاقة قابلة للاستخدام. وفي مشروع DESOLINATION، تعتبر هذه المبادلات الحرارية من المكونات الرئيسية في sCO2 دورة برايتون, وهي عملية ديناميكية حرارية تستخدم الحرارة لتوليد الكهرباء. عند دمجها مع الطاقة الشمسية المركزة (CSP)-والتي تركز الطاقة الشمسية لإنتاج مستويات عالية من الحرارة- توفر هذه الأنظمة طريقة أكثر كفاءة لإنتاج الطاقة مع تقليل انبعاثات الكربون.
ومع ذلك، فإن إنشاء المبادلات الحرارية التي يمكنها التعامل مع الظروف القاسية التي تتطلبها دورات ثاني أكسيد الكربون ثنائي أكسيد الكربون برايتون (درجات حرارة تصل إلى 600 درجة مئوية وضغط حوالي 250 بار) يمثل تحديات كبيرة. وهنا يأتي دور التصنيع المضاف يأتي في.
التصنيع المضاف: تغيير قواعد اللعبة في تصميم المبادلات الحرارية
غالبًا ما تحد تقنيات التصنيع التقليدية من تصميم المبادلات الحرارية، مما يجعل من الصعب تحسينها لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة. يحل التصنيع بالإضافة، أو الطباعة ثلاثية الأبعاد، هذه المشكلة من خلال السماح للمهندسين بإنشاء تصميمات أكثر تعقيدًا قد يكون من المستحيل استخدامها بالطرق التقليدية.
في مشروع DESOLINATION، استخدم الفريق الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء مبادلات حرارية عالية التخصص تتناسب بشكل أفضل مع ظروف الضغط العالي والحرارة العالية لدورة برايتون لثاني أكسيد الكربون. ومن المتوقع أن تؤدي هذه التصاميم الجديدة إلى تحسين الكفاءة الكلية للنظام، مما يجعله أكثر فعالية في تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء.
