DESOLINERINGsprojekt når viktig milstolpe i Saudiarabien

DESOLINERINGsprojekt når viktig milstolpe i Saudiarabien

Nyckelkomponenter anländer till King Saud Universitys demonstrationsanläggning 

DESOLINATION kommer närmare validering av CSP-avsaltningssystemet i och med att kritiska systemkomponenter anlänt till vår demonstrationsanläggning vid King Saud University (KSU) i Saudiarabien. Detta är ett stort steg framåt i arbetet med att ta vår innovativa kombinerade CSP- och avsaltningsteknik närmare drift. Den fullständiga demonstrationsanläggningen förväntas vara i drift från februari 2026 och framåt.

Adaptiv kopplingscontainer på plats 

Den första containern, som innehåller Adaptive Coupling-systemet, har framgångsrikt anlänt till KSU och väntar nu på att anslutas. Adaptive Coupling är ett sofistikerat kontroll- och integrationssystem som dynamiskt hanterar energiflödena mellan flera delsystem. Den fungerar som en “intelligent bro” som på ett optimalt sätt lagrar och distribuerar värmeenergi mellan den superkritiska CO₂ CSP-kraftcykeln, den luftburna Brayton CSP-kraftcykeln och avsaltningsenheten, och styr värmeöverföringen mellan anläggningens delsystem.  

Installation av värmeväxlare komplett 

I mars 2025 installerades DESOLINATION-värmeväxlaren framgångsrikt på plats, en innovativ värmeväxlare som effektivt underlättar värmeöverföringen mellan sCO₂-kraftcykeln och komponenterna för termisk lagring och avsaltning. För att rymma denna kritiska komponent modifierades de befintliga tornen vid King Saud University, vilket säkerställde korrekt integration med den övergripande systemarkitekturen och möjliggjorde optimal värmeöverföringseffektivitet i hela anläggningen. 

Kommande ankomster 

Projektets tidslinje fortsätter att utvecklas enligt plan, med två större komponenter som förväntas anlända i december 2025: 

  • Avsaltningsenhet: Denna container befinner sig för närvarande i slutfasen av tillverkningen i Tyskland och har genomgått alla nödvändiga certifieringar och väntar på slutcertifiering från Saudiarabiens ambassad innan den skickas iväg. 
  • Kondensor för luftkylare: Den torra kylaren har konstruerats och tillverkats och är klar att tas i drift för att förbättra systemets termiska hantering. 

    Heltäckande systemintegration 

    Utöver huvudbehållarna har betydande framsteg gjorts inom alla projektkomponenter: 

    • Konstruktionen av värmelagringssystemet med smält salt har slutförts och anpassats för att integreras i containrarna så mycket som möjligt, och upphandling pågår för närvarande. 
    • Konstruktionen av elskåpet har slutförts och omfattar alla nödvändiga styr- och övervakningssystem. 
    • Funktionsbeskrivningar för alla systemsteg har tagits fram och förfinas kontinuerligt för att stämma överens med de slutliga designspecifikationerna. 
    • Förberedelserna på plats fortsätter och grundkonstruktionen är under utveckling för att rymma både avsaltningssystemet och gasförsörjningskomponenterna. 
            Blickar framåt

            Nu när elkällan har förhandsgodkänts av KSU-myndigheterna och diskussioner har inletts med de viktigaste gasleverantörerna (CO₂ och N₂) går projektet vidare mot driftsättningsfasen. Den adaptiva kopplingen planeras att tas i drift tillsammans med avsaltningssystemet när alla containrar har placerats ut enligt den slutgiltiga layoutdesignen. 

            DESOLINATION-demonstrationen utvecklas snabbt mot en kombinerad produktion av koncentrerad solenergi och avsaltat vatten, och partnerna väntar på invigningen av anläggningen som är planerad till första kvartalet 2026 vid King Saud University.  

            DESOLINATION-projektets partners besöker CSP-anläggning under Solar & Storage Live KSA 2024

            DESOLINATION-projektets partners besöker CSP-anläggning under Solar & Storage Live KSA 2024

            Som en del av spridningsaktiviteterna presenterades DESOLINATION-projektet på ett framträdande sätt under Solenergi & lagring Live KSA 2024 event som hölls i Riyadh, Saudiarabien. Projektpartnern Aalborg CSP (ACSP) deltog i evenemanget med en särskild monter och hade kontakt med en mångsidig och omfattande lokal publik som omfattade installatörer, kommersiella och industriella användare, fastighets- och markägare samt elbolag.

            I samband med detta besökte viktiga representanter från DESOLINATION-projektets partners Aalborg CSP, Hammam Soliman och Miguel Herrador Moreno DESOLINATION:s demonstrationsanläggning vid King Saud University (KSU) i Riyadh. Värdar för besöket var våra projektpartners Dr. Hany Al-Ansary och Zeyad Almutairi från KSU, vilket gav en praktisk möjlighet att observera den innovativa teknik som ligger till grund för projektet.

            DESOLINATION-projektet visar upp banbrytande lösningar som kombinerar solenergi med avancerade avsaltningssystem. En höjdpunkt under besöket på plats var CSP-anläggningen (Concentrated Solar Power) på 200 kW vid King Saud University, som drivs med ett luftburet Braytoncykeltorn för solenergi. Anläggningen är ett exempel på projektets mål genom att den tar tillvara på solvärme som annars skulle gå till spillo och använder den för att driva den senaste avsaltningstekniken. Denna integration ger en dubbel fördel i form av hållbar energiproduktion och färskvattenproduktion - båda viktiga resurser för en hållbar framtid.

            Demonstrationsanläggningen DESOLINATION kommer att byggas ut ytterligare i sin andra fas, som kommer att omfatta installation av en kraftcykel på 2 MWe som använder CO₂-blandningar. I likhet med Brayton-cykelsystemet kommer denna nya teknik också att integreras med avsaltningsprocessen, vilket visar på skalbarheten och anpassningsbarheten hos soldrivna lösningar för energi- och vattenbehov.

            Genom sitt deltagande i Solar & Storage Live KSA 2024 nådde DESOLINATION-projektet en bred publik och delade med sig av sin vision om att revolutionera integrationen av förnybar energi och avsaltning. Evenemanget underströk projektpartnernas engagemang för att driva innovation och främja teknik som tar itu med globala utmaningar inom energieffektivitet och vattenhållbarhet.

            Genom evenemang som Solar & Storage Live KSA 2024 förstärker DESOLINATION-projektet sin inverkan och visar hur CSP-teknik kan hantera energi- och vattenutmaningar globalt.

            Vad är en

            Koncentrerat solkraftverk?

            A Anläggning för koncentrerad solenergi (CSP) är en typ av anläggning för förnybar energi som använder speglar eller linser för att koncentrera solljus på en liten yta, vanligtvis en mottagare, för att generera stora mängder värme. Den termiska energin används sedan för att producera el, ofta genom att driva en ångturbin eller en värmemotor. CSP-anläggningar skiljer sig från solcellssystem (PV), som direkt omvandlar solljus till elektricitet.

            Nyckelkomponenter i en CSP-anläggning:

            1. Koncentratorer: Speglar eller linser fokuserar solljuset på en mottagare. Olika CSP-tekniker använder olika typer av koncentratorer:

            2. Mottagare: Det koncentrerade solljuset värmer upp en vätska, vanligtvis olja, smält salt eller luft, som sedan överför värmen till en ånggenerator.

            3. Kraftcykel: Värmen från mottagaren används för att producera ånga, som driver en turbin kopplad till en generator som producerar el. CSP-anläggningar använder ofta traditionella Rankine-cykler, och avancerade system kan använda Brayton- eller CO2-kraftcykler.

            4. Termisk lagring: En stor fördel med CSP-anläggningar är deras förmåga att lagra värme i material som smält salt, vilket gör att de kan generera el även efter solnedgången.

            Tillämpningar

            CSP-anläggningar är särskilt lämpade för regioner med mycket direkt solljus, t.ex. öknar eller soliga klimat. De integreras allt oftare med system som Avsaltning and termisk lagring, förbättra deras effektivitet och utvidga deras användning till att omfatta mer än bara elproduktion.

            Framsteg för 3D-printade värmeväxlare i DESOLINATION-projektet: En milstolpe vid LUT-universitetet

            Framsteg för 3D-printade värmeväxlare i DESOLINATION-projektet: En milstolpe vid LUT-universitetet

            Som en del av DESOLINATION-projektets pågående uppdrag att minska koldioxidutsläppen från avsaltningsprocessen har en viktig milstolpe uppnåtts vid LUT University: den experimentell validering av en 3D-utskriven heat exchanger. Detta genombrott visar att additiv tillverkning (även känt som 3D-printing) kan avsevärt förbättra prestandan hos värmeväxlare som används i superkritisk koldioxid (sCO2) Brayton-cykler, vilket banar väg för effektivare energisystem.

            Nyligen nådde DESOLINATION-projektgruppen en viktig milstolpe genom att framgångsrikt validera sin experimentuppställning vid LUT-universitetet. Denna valideringsprocess omfattade flera viktiga steg:

            1. Design: Teamet tog fram en ritning för den 3D-utskrivna värmeväxlaren och fokuserade på att optimera dess form och funktion.
            2. Simulering: Med hjälp av verktyg som Beräkningsbaserad strömningsdynamik (CFD), simulerade teamet hur värmeväxlaren skulle fungera under verkliga förhållanden.
            3. Additiv tillverkning: Värmeväxlaren har skrivits ut med hjälp av avancerad 3D-utskriftsteknik, vilket har möjliggjort en mer komplicerad och effektiv design.
            4. Montering: De utskrivna delarna monterades sedan ihop till en fullt fungerande värmeväxlare.
            5. Testning: Det sista steget var att testa värmeväxlaren för att säkerställa att den klarade de tryck och temperaturer som förväntas i Braytoncykeln med sCO2.

            Det framgångsrika genomförandet av dessa steg visar att 3D-printade värmeväxlare kan fungera effektivt i miljöer med högt tryck och hög temperatur. Detta genombrott är ett viktigt steg mot att integrera dessa avancerade konstruktioner i verkliga system för koncentrerad solenergi (CSP).

            Vad detta innebär för framtiden för hållbar energi

            Möjligheten att använda 3D-printade värmeväxlare i sCO2 Brayton-cykler har långtgående konsekvenser för DESOLINATION-projektet och därefter. Genom att förbättra effektiviteten i energiomvandlingen kommer dessa innovationer att göra det lättare att generera ren el från förnybara källor som solenergi. Detta är särskilt viktigt för projektets mål att minska koldioxidutsläppen från avsaltning, som kräver stora mängder energi för att producera färskvatten i torra områden.

            Värmeväxlares roll vid avsaltning och energiproduktion

            Värmeväxlare är avgörande i system som omvandlar värme till användbar energi. I DESOLINATION-projektet är de nyckelkomponenter i sCO2 Braytoncykeln, en termodynamisk process som använder värme för att generera elektricitet. När den kombineras med Koncentrerande solenergi (CSP)-som koncentrerar solenergi för att producera höga värmenivåer - erbjuder dessa system ett effektivare sätt att producera energi och samtidigt minska koldioxidutsläppen.

            Att skapa värmeväxlare som klarar de extrema förhållanden som krävs för Brayton-cykler med sCO2 (temperaturer upp till 600°C och tryck på cirka 250 bar) innebär dock stora utmaningar. Det är därför additiv tillverkning kommer in.

            Additiv tillverkning: En game changer för värmeväxlarkonstruktion

            Traditionella tillverkningstekniker begränsar ofta utformningen av värmeväxlare, vilket gör det svårt att optimera dem för maximal effektivitet. Additiv tillverkning, eller 3D-printing, löser detta problem genom att låta ingenjörerna skapa mer komplexa konstruktioner som skulle vara omöjliga med konventionella metoder.

            I DESOLINATION-projektet använde teamet 3D-printing för att skapa högspecialiserade värmeväxlare som är bättre lämpade för de höga tryck- och temperaturförhållandena i Braytoncykeln för sCO2. Dessa nya konstruktioner förväntas förbättra systemets totala effektivitet, vilket gör det mer effektivt när det gäller att omvandla solenergi till elektricitet.

            I takt med att DESOLINATION går framåt kommer den fortsatta utvecklingen och testningen av 3D-printade värmeväxlare att spela en avgörande roll för att skapa mer hållbara och effektiva energisystem. För varje milstolpe kommer projektet närmare sin vision om en värld där avsaltning drivs av ren, förnybar energi. Genom att kombinera spjutspetstekniker som additiv tillverkning och avancerade termodynamiska processer banar DESOLINATION-projektet väg för en grönare och mer vattensäker framtid.

            DESOLINATION-projektet flyttar fram gränserna för värmeväxlardesign med CFD

            DESOLINATION-projektet flyttar fram gränserna för värmeväxlardesign med CFD

            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.

            Preliminär karakterisering av demoanläggningen för avsaltningsprojektet: Design och drift utanför design

            Preliminär karakterisering av demoanläggningen för avsaltningsprojektet: Design och drift utanför design

            DESOLINATION-projektet, en ledstjärna för innovation inom förnybar energi, har tagit ett stort steg framåt med den preliminära prestandaanalysen av sin demonstrationsanläggning.

            Nyligen avtäcktes på ASME Turbo Expo 2024, I detta arbete sammanförs expertisen från TEMISth, UNIBS (Universitetet i Brescia), and Politecnico di Milano (POLIMI) för att utforska potentialen i en ny kraftcykel som är byggd för hållbarhet och effektivitet.

            Vad gör denna Demo Plant unik?

            Denna demoanläggning har en enkel rekuperativ transkritisk kraftcykel, ett system som sätter nya standarder för energiomvandling. Här är vad som gör att den sticker ut:

            • Innovativ arbetsvätska: Istället för konventionella vätskor använder anläggningen en blandning av CO₂ och SO₂, som valts ut på grund av sina unika termodynamiska egenskaper.
            • Anpassad till tuffa förhållanden: Utformad för att trivas i miljöer med hög solstrålning and förhöjda omgivningstemperaturer, speglar detta luftkylda system de verkliga utmaningar som Koncentrerad solkraft (CSP) växter.
            Viktiga egenskaper hos cykeln
            • Kraftfull men ändå kompakt: I hjärtat av systemet finns en axialturbin som hanterar en flödeshastighet på 0,2 m³/s, vilket möjliggör en uteffekt på 1,8 MWel.
            • Nästa generations värmeväxlare: Utrustad med Rekuperatorer och värmeväxlare med gyroidstruktur, Dessa komponenter maximerar värmeöverföringen samtidigt som de minimerar materialanvändningen.
            • Modelleringsprecision: Avancerade simuleringar i MATLAB, kompletterade med CFD-resultat (Computational Fluid Dynamics), säkerställer att systemet är optimerat för både konstruktions- och icke-konstruktionsförhållanden.
            Hur effektiv är den?

            Effektivitet är nyckeln till system för förnybar energi, och demoanläggningen DESOLINATION gör ingen besviken. Genom att arbeta i en glidande tryckläge, uppnår cykeln en imponerande verkningsgrad på över 30%, även när den körs med partiell belastning.

            Anpassning till förändrade temperaturer

            En av de främsta egenskaperna hos detta system är dess förmåga att hantera varierande omgivningsförhållanden:

            • Vid höga omgivningstemperaturer (över 30°C) fungerar cykeln sömlöst tack vare kondensorfläktar med fast varvtal.
            • Vid lägre temperaturer (ca 10°C) kan lufthastigheten justeras för att säkerställa optimal drift.
            Hantering av systemets inventarier

            Studien går också in på anläggningens rörsystem och visar att det totala vätskeförrådet påverkas kraftigt av kondensorns drift. Justeringar i vätskelagringen på upp till 300 kg krävs för att bibehålla stabiliteten när man växlar mellan olika temperaturförhållanden.

            Denna forskning utgör en viktig milstolpe i DESOLINATION-projektets uppdrag att utveckla förnybara energisystem som inte bara är effektiva utan också anpassningsbara till en mängd olika verkliga förhållanden. Genom att överbrygga klyftan mellan innovativ design och praktisk tillämpning ger demoanläggningen en glimt av framtiden för ren och hållbar kraftproduktion.
            Innovative Thermodynamic Solutions: effective and efficient coupling of CSP and desalination technologies

            Innovative Thermodynamic Solutions: effective and efficient coupling of CSP and desalination technologies

            Discover our groundbreaking work over the past year in advancing CO2 mixtures for thermodynamic cycles, pushing the boundaries of energy efficiency and sustainability.

            The research team from the Energy Department at Politecnico di Milano (POLIMI), DESOLINATION project coordinator, has successfully simulated large-scale Concentrated Solar Power (CSP) plants using innovative CO2 mixtures, enhancing their efficiency and performance. Additionally, they introduced the CO2+SiCl4 mixture in literature for trans-critical cycles, showcasing its potential in improving cycle efficiency.

            Our Journey in Thermodynamic Cycle Development

            Over the past year, POLIMI has made significant strides in the development and simulation of thermodynamic cycles using CO2 mixtures. Here are some of the key milestones and achievements.

            Introduction of CO2+SiCl4 Mixture Research

            Introducing the CO2+SiCl4 mixture into the literature for transcritical cycles

            With regard to the application of CO2 mixtures in thermodynamic cycles, the work was developed both on the simulation of the large-scale CSP plant with innovative CO2 mixtures, introducing the CO2+SiCl4 mixture into the literature for transcritical cycles, and adding details on the simulations and design of the DESOLINATION project’s demonstration plant, the 1.8 MWel cycle operating with the CO2+SO2 mixture.

            Experimental investigation of the CO2+SiCl4 mixture as innovative working fluid for power cycles: Bubble points and liquid density measurementsv- Energy Journal

            In this perspective, complete off-design simulations have been carried out, including the behavior of the real heat exchangers that will be installed and including the management of the inventory of the cycle in off-design.

            Learn more of the effect of supercritical CO2 Fluid Properties on Heat Exchanger Design…

            Effects of Supercritical CO2 Fluid Properties on Heat Exchanger Design

            Simulation of the large scale CSP plant with CO2+SiCl4 mixture

            POLIMI combined CSP with CO2-mixtures power cycles and forward osmosis desalination system, performing simulations in Dubai.

            Using these innovative technologies, our CSP plant showed high solar-to-electric efficiencies (around 19% on yearly basis) and very low freshwater specific thermal consumption (about 10 kWhth/m3) when the PABG2000 is used as draw agent.

            Characterization of the physical properties of the thermoresponsiveblock-copolymer PAGB2000 and numerical assessment of its potentialities in Forward Osmosis desalination

            Specifically, when comparing the CSP (concentrated solar power) +FO (forward osmosis) studied in DESOLINATION with the CSP+MED assuming the same solar plant and power cycles, the freshwater production is incremented by more than 50%.

            When the solution of DESOLINATION is compared with a PV+RO plant, a reduction of reflective area of 28% is foreseen, if both freshwater and electricity are produced with the PV+RO plant.

            Simulations of CSP combined with CO2 mixed power cycles and a forward osmosis desalination system in Dubai

            Finally, POLIMI also conducted an experimental campaign on the coalescer using a solution of water and PAGB2000, obtaining an expression of the separation efficiency, to be deployed in the simulations.

            The research team from the Energy Department at Politecnico di Milano will shortly be publishing an article on the results of its Experimental study on coalescer efficiency for liquid-liquid separation.

            Saty tuned!

            Consults our literature to find out more