Euroopan unionin Horisontti 2020 -ohjelmasta rahoitettu DESOLINATION-hanke on edistynyt merkittävästi tehtävässään hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi suolanpoistossa. Yksi jännittävimmistä kehityskuluista tulee työstämme, jonka tavoitteena on optimoida lämmönvaihtimet käytettäväksi ylikriittinen hiilidioksidi (sCO2) Braytonin syklit. Nämä innovaatiot voivat mullistaa sen, miten tuotamme sähköä uusiutuvista energialähteistä, kuten aurinkoenergiasta. Seuraavassa tarkastellaan lähemmin, miten Laskennallinen virtausdynamiikka (CFD) on avainasemassa näissä ponnisteluissa.
CFD:n rooli: lämmönvaihtimen suorituskyvyn optimointi
Näissä ääriolosuhteissa toimivien lämmönvaihtimien suunnittelu ei ole mikään pieni saavutus. Varmistaakseen parhaan mahdollisen suunnittelun DESOLINATION käyttää Laskennallinen virtausdynamiikka (CFD)-tehokas tietokonetyökalu, joka mallintaa, miten nesteet virtaavat ja miten lämpö siirtyy monimutkaisissa järjestelmissä.
CFD:n avulla projektiryhmä (erityisesti TEMISTh) lämmönvaihtimen suorituskyvyn simuloimiseksi virtuaaliympäristössä. Tähän sisältyy seuraavien keskeisten tekijöiden analysointi:
- Lämpötehokkuus: Kuinka hyvin lämmönvaihdin siirtää lämpöä nesteestä toiseen.
- Painehäviö: Paineen aleneminen, joka tapahtuu nesteen virratessa lämmönvaihtimen läpi ja joka voi vaikuttaa järjestelmän kokonaistehoon.
- Lämpömekaaniset rajoitteet: Rakenteelliset rasitukset, jotka vaihtimen on kestettävä korkeissa lämpötiloissa ja paineissa.
CFD:n avulla tiimi voi löytää optimaalisen tasapainon lämpötehokkuuden ja painehäviön välille ja varmistaa, että lämmönvaihdin toimii hyvin ja on samalla kestävä.
Mitä lämmönvaihtimet ovat ja miksi ne ovat tärkeitä?
A heat exchanger on laite, joka siirtää lämpöä nesteestä (nesteestä tai kaasusta) toiseen. Energiajärjestelmissä ne ovat välttämättömiä lämmön muuntamiseksi käyttökelpoiseksi energiaksi. DESOLINATION-hankkeessa tavoitteena on luoda erittäin tehokkaita lämmönvaihtimia, jotka voivat toimia äärimmäisissä olosuhteissa - jopa 600 °C:n lämpötiloissa ja jopa 250 baarin paineessa. Nämä olosuhteet ovat välttämättömiä, jotta ylikriittinen hiilidioksidi (sCO2) Braytonin kierros, joka käyttää lämpöä sähköntuotantoon perinteisiä höyrykiertoja tehokkaammin.
Todellisen maailman testaus King Saudin yliopistossa
Kun suunnittelua on hienosäädetty CFD:n avulla, seuraava vaihe on testaus todellisessa maailmassa. Ryhmä aikoo käyttää näitä lämmönvaihtimia seuraavat vuodet 4,000 tuntia pilottilaitoksessa King Saud University. Nämä testit vievät projektia lähemmäs Teknologian valmiustaso (TRL) 7, mikä tarkoittaa, että teknologia on valmis käytettäväksi todellisissa järjestelmissä.
CFD:n rooli: lämmönvaihtimen suorituskyvyn optimointi
Näiden simulaatioiden alustavat tulokset ovat lupaavia. Ryhmä uskoo, että heidän suunnittelemansa mallit voivat ylittää sCO2-Brayton-syklien lämmönvaihtimille asetetut rajat. Onnistuessaan nämä innovaatiot tasoittavat tietä entistä tehokkaammille keskittyvä aurinkoenergia (CSP) laitokset, joissa aurinkoenergia keskitetään tuottamaan runsaasti lämpöä, jota voidaan käyttää sähköntuotantoon.
CFD: Enemmän kuin pelkkä insinöörityökalu
Teknisten ominaisuuksiensa lisäksi CFD on osoittautunut myös tehokkaaksi viestintävälineeksi. Sen avulla luodut simulaatiot tarjoavat visuaalisesti houkuttelevia esityksiä siitä, miten lämpö ja nesteet liikkuvat järjestelmän läpi, mikä helpottaa hankkeen taustalla olevan tieteen selittämistä laajemmalle yleisölle.
Käyttämällä CFD:tä näiden huippuluokan lämmönvaihtimien suunnittelussa ja optimoinnissa DESOLINATION-hanke ottaa valtavan askeleen kohti kestävämpiä ja tehokkaampia energiajärjestelmiä ja vie meitä lähemmäs tulevaisuutta, jossa suolanpoisto voidaan toteuttaa puhtaalla, uusiutuvalla energialla.
