DESOLINATION-projektet, som finansieras av EU:s Horizon 2020-program, gör anmärkningsvärda framsteg i sitt uppdrag att minska koldioxidutsläppen från avsaltning. En av de mest spännande utvecklingarna kommer från vårt arbete med att optimera värmeväxlare för användning i superkritisk koldioxid (sCO2) Brayton-cykler. Dessa innovationer kan revolutionera hur vi genererar ström från förnybara energikällor som solenergi. Här är en närmare titt på hur Beräkningsbaserad strömningsdynamik (CFD) spelar en nyckelroll i detta arbete.
CFD:s roll: Optimering av värmeväxlarens prestanda
Att konstruera värmeväxlare som kan arbeta under dessa extrema förhållanden är ingen liten bedrift. För att säkerställa bästa möjliga design använder DESOLINATION Beräkningsbaserad strömningsdynamik (CFD)-ett kraftfullt datorverktyg som modellerar hur vätskor flödar och hur värme överförs i komplexa system.
CFD gör det möjligt för projektteamet (i synnerhet TEMISTh) för att simulera värmeväxlarens prestanda i en virtuell miljö. Detta inkluderar analys av nyckelfaktorer som t.ex:
- Termisk verkningsgrad: Hur väl växlaren överför värme från en vätska till en annan.
- Tryckfall: Den tryckminskning som uppstår när vätskan flödar genom värmeväxlaren, vilket kan påverka systemets totala prestanda.
- Termomekaniska begränsningar: De strukturella påfrestningar som växlaren måste motstå vid höga temperaturer och tryck.
Med hjälp av CFD kan teamet hitta den optimala balansen mellan termisk effektivitet och tryckfall, vilket säkerställer att värmeväxlaren presterar bra samtidigt som den är hållbar.
Vad är värmeväxlare och varför är de viktiga?
A heat exchanger är en anordning som överför värme från en vätska (antingen en vätska eller gas) till en annan. I energisystem är de avgörande för att omvandla värme till användbar kraft. I DESOLINATION-projektet är målet att skapa högeffektiva värmeväxlare som kan arbeta under extrema förhållanden - temperaturer på upp till 600°C och tryck på upp till 250 bar. Dessa förhållanden krävs för att en superkritisk koldioxid (sCO2) Braytoncykel, en process som använder värme för att generera elektricitet mer effektivt än traditionella ångcykler.
Testning i verkligheten vid King Saud University
Efter att ha finjusterat designen med hjälp av CFD är nästa steg tester i verkligheten. Teamet planerar att köra dessa värmeväxlare i 4.000 timmar vid en pilotanläggning i King Saud University. Dessa tester kommer att föra projektet närmare Teknisk beredskapsnivå (TRL) 7, vilket innebär att tekniken kommer att vara redo att användas i verkliga system.
CFD:s roll: Optimering av värmeväxlarens prestanda
De preliminära resultaten från dessa simuleringar är lovande. Teamet tror att deras konstruktioner kan flytta fram gränserna för vad som är möjligt för värmeväxlare i Brayton-cykler med sCO2. Om de lyckas kommer dessa innovationer att bana väg för mer effektiva Koncentrerande solenergi (CSP) där solenergin koncentreras för att generera höga nivåer av värme, som sedan kan användas för att producera elektricitet.
CFD: Mer än bara ett verktyg för ingenjörer
Utöver sina tekniska möjligheter har CFD också visat sig vara ett kraftfullt kommunikationsverktyg. De simuleringar som skapas ger visuellt engagerande representationer av hur värme och vätskor rör sig genom systemet, vilket gör det lättare att förklara vetenskapen bakom projektet för en bredare publik.
Genom att använda CFD för att utforma och optimera dessa banbrytande värmeväxlare tar DESOLINATION-projektet ett stort steg mot mer hållbara och effektiva energisystem, vilket för oss närmare en framtid där avsaltning kan drivas av ren, förnybar energi.
