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.
De rol van CFD: optimalisatie van warmtewisselaarprestaties
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.
Wat zijn warmtewisselaars en waarom zijn ze belangrijk?
A heat exchanger is een apparaat dat warmte van de ene vloeistof (vloeistof of gas) naar de andere overbrengt. In energiesystemen zijn ze essentieel voor het omzetten van warmte in bruikbare energie. In het DESOLINATION-project is het de bedoeling om zeer efficiënte warmtewisselaars te maken die onder extreme omstandigheden kunnen werken - temperaturen tot 600 °C en drukken tot 250 bar. Deze omstandigheden zijn nodig voor een superkritisch kooldioxide (sCO2) Brayton-cyclus, Een proces dat warmte gebruikt om efficiënter elektriciteit op te wekken dan traditionele stoomcycli.
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.
