Projekt DESOLINATION, ki ga financira program Evropske unije Obzorje 2020, dosega izjemne uspehe pri svojem poslanstvu dekarbonizacije razsoljevanja. Eden od najbolj vznemirljivih dosežkov je naše delo na področju optimizacije izmenjevalniki toplote za uporabo v superkritični ogljikov dioksid (sCO2) Braytonovi cikli. Te inovacije bi lahko spremenile način pridobivanja energije iz obnovljivih virov energije, kot je sončna energija. Tukaj si podrobneje oglejte, kako Računalniška dinamika tekočin (CFD) ima pri tem ključno vlogo.
Vloga CFD: optimizacija učinkovitosti izmenjevalnika toplote
Načrtovanje toplotnih izmenjevalnikov, ki lahko delujejo v teh ekstremnih pogojih, ni majhen zalogaj. Da bi zagotovili najboljšo možno zasnovo, družba DESOLINATION uporablja Računalniška dinamika tekočin (CFD)-zmogljivo računalniško orodje, ki modelira pretok tekočin in prenos toplote v kompleksnih sistemih.
CFD omogoča projektni skupini (zlasti TEMISTh) za simulacijo delovanja toplotnega izmenjevalnika v virtualnem okolju. To vključuje analizo ključnih dejavnikov, kot so:
- Toplotna učinkovitost: Kako dobro izmenjevalnik prenaša toploto iz ene tekočine v drugo.
- Padec tlaka: Zmanjšanje tlaka, ki nastane pri pretoku tekočine skozi toplotni izmenjevalnik, kar lahko vpliva na celotno delovanje sistema.
- Termomehanske omejitve: Strukturne obremenitve, ki jih mora izmenjevalnik prenesti pri visokih temperaturah in tlakih.
Z uporabo CFD lahko ekipa najde optimalno ravnovesje med toplotno učinkovitostjo in padcem tlaka, kar zagotavlja dobro delovanje toplotnega izmenjevalnika, ki je hkrati vzdržljiv.
Kaj so izmenjevalniki toplote in zakaj so pomembni?
A heat exchanger je naprava, ki prenaša toploto iz ene tekočine (tekočine ali plina) v drugo. V energetskih sistemih so bistvenega pomena za pretvorbo toplote v uporabno energijo. Cilj projekta DESOLINATION je ustvariti visoko učinkovite izmenjevalnike toplote, ki lahko delujejo v ekstremnih pogojih - pri temperaturah do 600 °C in tlaku do 250 barov. Ti pogoji so potrebni za superkritični ogljikov dioksid (sCO2) Braytonov cikel, postopek, ki za proizvodnjo električne energije uporablja toploto učinkoviteje kot tradicionalni parni cikli.
Testiranje v realnem svetu na Univerzi kralja Sauda
Po natančnem prilagajanju zasnove z uporabo CFD je naslednji korak testiranje v realnem svetu. Ekipa načrtuje, da bo te izmenjevalnike toplote uporabljala 4.000 ur v pilotnem obratu v King Saud University. Ti testi bodo projekt približali Stopnja tehnološke pripravljenosti (TRL) 7, kar pomeni, da bo tehnologija pripravljena za uporabo v realnih sistemih.
Vloga CFD: optimizacija učinkovitosti izmenjevalnika toplote
Predhodni rezultati teh simulacij so obetavni. Ekipa je prepričana, da bi lahko s svojimi projekti presegli meje možnega pri izmenjevalnikih toplote v Braytonovih ciklih sCO2. Če bodo te inovacije uspešne, bodo utrle pot učinkovitejšim koncentrirana sončna energija (CSP) elektrarne, v katerih se sončna energija koncentrira in proizvaja visoko raven toplote, ki se lahko nato uporabi za proizvodnjo električne energije.
CFD: več kot le inženirsko orodje
Poleg tehničnih zmožnosti se je CFD izkazala tudi kot močno komunikacijsko orodje. Simulacije, ki jih ustvari, vizualno privlačno prikazujejo, kako se toplota in tekočine gibljejo skozi sistem, kar olajša razlago znanstvenih spoznanj o projektu širšemu občinstvu.
Z uporabo CFD za načrtovanje in optimizacijo teh vrhunskih toplotnih izmenjevalnikov projekt DESOLINATION pomeni velik korak k bolj trajnostnim in učinkovitim energetskim sistemom ter nas približuje prihodnosti, v kateri bo razsoljevanje lahko poganjala čista, obnovljiva energija.
