Som en del af DESOLINATION-projektets igangværende mission om at dekarbonisere afsaltningsprocessen er der nået en vigtig milepæl på LUT University: den eksperimentel validering af en 3D-printet heat exchanger. Dette gennembrud viser, at additiv fremstilling (også kendt som 3D-print) kan forbedre ydeevnen for varmevekslere, der bruges i superkritisk kuldioxid (sCO2) Brayton-cyklusser, og baner vejen for mere effektive energisystemer.

For nylig nåede DESOLINATION-projektteamet en vigtig milepæl med en vellykket validering af deres eksperimentelle opsætning på LUT Universitet. Denne valideringsproces omfattede flere vigtige trin:

1. Design: Teamet udviklede en plan for den 3D-printede varmeveksler og fokuserede på at optimere dens form og funktion.
2. Simulering: Brug værktøjer som Computational Fluid Dynamics (CFD), simulerede teamet, hvordan varmeveksleren ville fungere under virkelige forhold.
3. Additiv fremstilling: Varmeveksleren blev printet ved hjælp af avancerede 3D-printteknikker, hvilket gav mulighed for et mere indviklet og effektivt design.
4. Montering: De printede dele blev derefter samlet til en fuldt funktionsdygtig varmeveksler.
5. Testning: Det sidste trin var at teste varmeveksleren for at sikre, at den kunne modstå de tryk og temperaturer, der forventes i sCO2 Brayton-cyklussen.

Den vellykkede gennemførelse af disse trin viser, at 3D-printede varmevekslere kan fungere effektivt i højtryks- og højtemperaturmiljøer. Dette gennembrud markerer et vigtigt skridt i retning af at integrere disse avancerede designs i virkelige CSP-systemer (Concentrating Solar Power).

Varmevekslernes rolle i afsaltning og energiproduktion

Varmevekslere er afgørende i systemer, der omdanner varme til brugbar energi. I DESOLINATION-projektet er de nøglekomponenter i sCO2 Brayton-cyklus, en termodynamisk proces, der bruger varme til at generere elektricitet. Når den kombineres med Koncentrerende solenergi (CSP)-som koncentrerer solenergi for at producere høje niveauer af varme - tilbyder disse systemer en mere effektiv måde at producere strøm på, samtidig med at de reducerer CO2-udledningen.

Men at skabe varmevekslere, der kan håndtere de ekstreme forhold, som sCO2 Brayton-cyklusser kræver (temperaturer på op til 600 °C og tryk på omkring 250 bar), giver betydelige udfordringer. Det er her additiv fremstilling kommer ind.

Efterhånden som DESOLINATION skrider frem, vil den fortsatte udvikling og afprøvning af 3D-printede varmevekslere spille en afgørende rolle i skabelsen af mere bæredygtige og effektive energisystemer. For hver milepæl kommer projektet tættere på sin vision om en verden, hvor afsaltning er drevet af ren, vedvarende energi. Ved at kombinere banebrydende teknologier som additiv fremstilling og avancerede termodynamiske processer baner DESOLINATION-projektet vejen for en grønnere og mere vandsikker fremtid.

DESOLINATION-projektet, der er finansieret af EU's Horizon 2020-program, gør bemærkelsesværdige fremskridt i sin mission om at afkarbonisere afsaltning. En af de mest spændende udviklinger kommer fra vores arbejde med at optimere Varmevekslere til brug i superkritisk kuldioxid (sCO2) Brayton-cyklusser. Disse innovationer kan revolutionere, hvordan vi producerer strøm fra vedvarende energikilder som solenergi. Her er et nærmere kig på, hvordan Computational Fluid Dynamics (CFD) spiller en nøglerolle i denne indsats.

At designe varmevekslere, der kan fungere under disse ekstreme forhold, er ikke nogen lille bedrift. For at sikre det bedst mulige design bruger DESOLINATION Computational Fluid Dynamics (CFD)-Et kraftfuldt computerværktøj, der modellerer, hvordan væsker flyder, og hvordan varme overføres i komplekse systemer.

CFD gør det muligt for projektteamet (især TEMISTh) for at simulere varmevekslerens ydeevne i et virtuelt miljø. Dette omfatter analyse af nøglefaktorer som f.eks:

• Termisk effektivitet: Hvor godt veksleren overfører varme fra en væske til en anden.
• Trykfald: Den trykreduktion, der sker, når væsken strømmer gennem varmeveksleren, og som kan påvirke systemets samlede ydeevne.
• Termomekaniske begrænsninger: De strukturelle belastninger, som veksleren skal kunne modstå ved høje temperaturer og tryk.

Ved at bruge CFD kan teamet finde den optimale balance mellem termisk effektivitet og trykfald, hvilket sikrer, at varmeveksleren fungerer godt, samtidig med at den er holdbar.

Test i den virkelige verden på King Saud University

Efter at have finjusteret designet ved hjælp af CFD er næste skridt test i den virkelige verden. Teamet planlægger at køre disse varmevekslere i 4.000 timer på et pilotanlæg i King Saud University. Disse tests vil bringe projektet tættere på Teknologisk parathedsniveau (TRL) 7, Det betyder, at teknologien vil være klar til at blive brugt i virkelige systemer.

CFD's rolle: Optimering af varmevekslerens ydeevne

De foreløbige resultater fra disse simuleringer er lovende. Teamet mener, at deres design kan flytte grænserne for, hvad der er muligt for varmevekslere i sCO2 Brayton-cykler. Hvis det lykkes, vil disse innovationer bane vejen for mere effektive Koncentrerende solenergi (CSP) anlæg, hvor solenergi koncentreres for at generere høje niveauer af varme, som derefter kan bruges til at producere elektricitet.

CFD: Mere end bare et teknisk værktøj

Ud over de tekniske muligheder har CFD også vist sig at være et stærkt kommunikationsværktøj. De simuleringer, den skaber, giver visuelt engagerende repræsentationer af, hvordan varme og væsker bevæger sig gennem systemet, hvilket gør det lettere at forklare videnskaben bag projektet til et bredere publikum.

Ved at bruge CFD til at designe og optimere disse banebrydende varmevekslere tager DESOLINATION-projektet et stort skridt i retning af mere bæredygtige og effektive energisystemer og bringer os tættere på en fremtid, hvor afsaltning kan drives af ren, vedvarende energi.