Als onderdeel van de voortdurende missie van het DESOLINATION-project om het ontziltingsproces koolstofvrij te maken, is er een belangrijke mijlpaal bereikt aan de LUT-universiteit: de experimentele validatie van een 3D-geprinte heat exchanger. Deze doorbraak toont aan dat additieve productie (ook bekend als 3D-printen) kunnen de prestaties van warmtewisselaars die worden gebruikt in superkritisch kooldioxide (sCO2) Braytoncycli, De weg vrijmaken voor efficiëntere energiesystemen.

Onlangs bereikte het DESOLINATION-projectteam een belangrijke mijlpaal door hun experimentele opstelling met succes te valideren op LUT Universiteit. Dit validatieproces omvatte verschillende belangrijke stappen:

1. Ontwerp: Het team ontwikkelde een blauwdruk voor de 3D-geprinte warmtewisselaar en richtte zich op het optimaliseren van de vorm en functie.
2. Simulatie: Hulpmiddelen gebruiken zoals Computationele stromingsdynamica (CFD), simuleerde het team hoe de warmtewisselaar zou presteren onder echte omstandigheden.
3. Additieve Productie: De warmtewisselaar werd geprint met behulp van geavanceerde 3D-printtechnieken, waardoor een ingewikkelder en efficiënter ontwerp mogelijk werd.
4. Montage: De geprinte onderdelen werden vervolgens geassembleerd tot een volledig functionele warmtewisselaar.
5. Testen: De laatste stap was het testen van de warmtewisselaar om er zeker van te zijn dat deze bestand was tegen de druk en temperaturen die verwacht worden in de sCO2 Brayton-cyclus.

De succesvolle voltooiing van deze stappen toont aan dat 3D-geprinte warmtewisselaars effectief kunnen presteren in omgevingen met hoge druk en hoge temperatuur. Deze doorbraak betekent een belangrijke stap in de richting van het integreren van deze geavanceerde ontwerpen in echte concentrerende zonne-energiesystemen (CSP).

De rol van warmtewisselaars in ontzilting en energieopwekking

Warmtewisselaars zijn cruciaal in systemen die warmte omzetten in bruikbare energie. In het DESOLINATION-project zijn het sleutelcomponenten in de sCO2 Braytoncyclus, Een thermodynamisch proces waarbij warmte wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken. In combinatie met geconcentreerde zonne-energie (CSP)-Deze systemen, die zonne-energie concentreren om veel warmte te produceren, bieden een efficiëntere manier om energie te produceren en tegelijkertijd de koolstofuitstoot te verminderen.

Het creëren van warmtewisselaars die de extreme omstandigheden aankunnen die nodig zijn voor sCO2 Brayton cycli (temperaturen tot 600°C en drukken rond 250 bar) vormt echter een grote uitdaging. Dat is waar additieve productie komt binnen.

Naarmate DESOLINATION vordert, zal de voortdurende ontwikkeling en het testen van 3D-geprinte warmtewisselaars een cruciale rol spelen in het creëren van duurzamere, efficiëntere energiesystemen. Met elke mijlpaal komt het project dichter bij de visie van een wereld waarin ontzilting wordt aangedreven door schone, hernieuwbare energie. Door geavanceerde technologieën zoals additive manufacturing en geavanceerde thermodynamische processen te combineren, baant het DESOLINATION project de weg voor een groenere, meer waterzekere toekomst.

Het DESOLINATION-project, gefinancierd door het Horizon 2020-programma van de Europese Unie, boekt opmerkelijke vooruitgang in zijn missie om ontzilting koolstofvrij te maken. Een van de meest opwindende ontwikkelingen komt van ons werk aan het optimaliseren van warmtewisselaars voor gebruik in superkritisch kooldioxide (sCO2) Braytoncycli. Deze innovaties kunnen een revolutie teweegbrengen in de manier waarop we stroom opwekken uit hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie. Hier wordt nader bekeken hoe Computationele stromingsdynamica (CFD) speelt een sleutelrol in deze inspanning.

Het ontwerpen van warmtewisselaars die onder deze extreme omstandigheden kunnen werken is geen sinecure. Om het best mogelijke ontwerp te garanderen, gebruikt DESOLINATION Computationele stromingsdynamica (CFD)-een krachtig computerprogramma dat modelleert hoe vloeistoffen stromen en hoe warmte wordt overgedragen in complexe systemen.

Met CFD kan het projectteam (met name TEMISTh) om de prestaties van de warmtewisselaar in een virtuele omgeving te simuleren. Dit omvat het analyseren van belangrijke factoren zoals:

• Thermisch rendement: Hoe goed de wisselaar warmte overdraagt van de ene vloeistof naar de andere.
• Drukval: De drukvermindering die optreedt als de vloeistof door de warmtewisselaar stroomt, wat de algehele systeemprestaties kan beïnvloeden.
• Thermomechanische beperkingen: De structurele spanningen die de wisselaar moet weerstaan bij hoge temperaturen en drukken.

Door gebruik te maken van CFD kan het team de optimale balans vinden tussen thermische efficiëntie en drukval, zodat de warmtewisselaar goed presteert en toch duurzaam blijft.

Testen in de praktijk aan de King Saud University

Na het nauwkeurig afstellen van het ontwerp met behulp van CFD, is de volgende stap testen in de praktijk. Het team is van plan om deze warmtewisselaars te laten draaien gedurende 4.000 uur in een proeffabriek in King Saud University. Deze tests zullen het project dichter bij Technologisch gereedheidsniveau (TRL) 7, Dit betekent dat de technologie klaar is voor gebruik in echte systemen.

De rol van CFD: optimalisatie van warmtewisselaarprestaties

De voorlopige resultaten van deze simulaties zijn veelbelovend. Het team gelooft dat hun ontwerpen de grenzen kunnen verleggen van wat mogelijk is voor warmtewisselaars in sCO2 Brayton-cycli. Als deze innovaties succesvol zijn, zullen ze de weg vrijmaken voor efficiëntere geconcentreerde zonne-energie (CSP) centrales, waar zonne-energie wordt geconcentreerd om veel warmte op te wekken, die vervolgens kan worden gebruikt om elektriciteit te produceren.

CFD: meer dan een technisch hulpmiddel

Naast de technische mogelijkheden heeft CFD ook bewezen een krachtig communicatiemiddel te zijn. De simulaties die het creëert bieden visueel aantrekkelijke weergaven van hoe warmte en vloeistoffen door het systeem bewegen, waardoor het gemakkelijker wordt om de wetenschap achter het project uit te leggen aan een breder publiek.

Door gebruik te maken van CFD voor het ontwerpen en optimaliseren van deze geavanceerde warmtewisselaars, zet het DESOLINATION-project een enorme stap in de richting van duurzamere en efficiëntere energiesystemen, en brengt het ons dichter bij een toekomst waarin ontzilting kan worden aangedreven door schone, hernieuwbare energie.