Puhtaamman ja tehokkaamman energian tavoittelussa keskittynyt aurinkoenergia (CSP) on noussut lupaavaksi kilpailijaksi. Niiden potentiaalia on kuitenkin rajoittanut tarve löytää innovatiivisia ja kustannustehokkaita ratkaisuja aurinkolämmön muuntamiseksi sähköksi.
Olemme innoissamme voidessamme ilmoittaa uraauurtavasta julkaisusta, jonka on julkaissut Teessiden yliopisto, yksi yhteistyökumppaneistamme, esitteli ASME:ssä (The American Society of Mechanical Engineers -järjestö) Turbo Expo 2024 (Turbokoneiden tekninen konferenssi ja näyttely).
Tässä työssä esitellään innovatiivinen lähestymistapa CSP-järjestelmien tehosyklien optimointiin, mikä edistää tehokkuutta ja kestävyyttä.
Tuoreessa tutkimuksessa esitellään innovatiivinen lähestymistapa, jolla parannetaan tehosyklejä aurinkoenergiakeskittymissä (CSP), jotka ovat uusiutuvien energialähteiden keskeisiä teknologioita. Tutkimuksessa keskitytään sellaisten järjestelmien suorituskyvyn optimointiin, joissa käytetään CO₂-pohjaisia seoksia työstönesteenä, mikä parantaa merkittävästi tehokkuutta, kustannustehokkuutta ja mukautuvuutta erilaisiin käyttöolosuhteisiin.
Perinteisesti CSP-järjestelmät perustuvat aurinkolämmön muuntamiseen sähköksi tehosyklien avulla. Tässä tutkimuksessa tehostetaan tätä prosessia kehittämällä samanaikainen optimointistrategia. Siinä otetaan huomioon tehosyklin suunnittelu, kemiallisten lisäaineiden (dopanttien) valinta ja CO₂-pohjaisten työnesteiden erityinen koostumus. Analysoimalla näitä tekijöitä yhdessä tutkijat pyrkivät maksimoimaan järjestelmän hyötysuhteen ja vähentämään samalla kustannuksia.
Tutkimuksessa testataan näitä innovaatioita realistisissa skenaarioissa, mukaan lukien kaksi käyttölämpötila-aluetta: 550 °C, joka on tyypillinen nykyisille CSP-järjestelmille, ja korkeampi 700 °C kehittyneille malleille. Tutkimuksessa otetaan huomioon myös ympäristön lämpötilat 30 °C, 35 °C ja 40 °C, mikä kuvastaa erilaisia ympäristöjä, joissa CSP-järjestelmät toimivat.
Yksi tärkeimmistä läpimurroista on CO₂:n binääriseosten käyttö yhdistettynä kemiallisiin lisäaineisiin, kuten rikkidioksidiin (SO₂) tai asetonitriiliin (C₂H₃N). Nämä lisäaineet parantavat työstönesteen termodynaamisia ominaisuuksia, jolloin järjestelmä toimii tehokkaammin vaihtelevissa olosuhteissa. Tutkimusryhmä käytti kehittyneitä mallinnustekniikoita näiden seosten arvioimiseksi, mikä varmisti tarkat ennusteet niiden suorituskyvystä.
Tässä yhteydessä optimoinnissa keskitytään kahteen päätavoitteeseen: lämpöhyötysuhteen maksimointiin (sähköksi muunnetun aurinkoenergian määrä) ja ominaisuustyön parantamiseen (tuotettu energia työstettävän nesteen yksikköä kohti). Nämä parannukset pienentävät järjestelmäkomponenttien, kuten teholohkojen ja lämpöenergian varastoinnin (TES) kokoa ja kustannuksia, mikä tekee CSP-järjestelmistä taloudellisesti kannattavampia.
