Τα κράματα με βάση το νικέλιο και οι ανοξείδωτοι χάλυβες που περιέχουν νικέλιο παίζουν βασικό ρόλο σε έναν νέο τύπο ανανεώσιμης ενέργειας που ονομάζεται ηλιακή θερμική ενέργεια ή συγκεντρωμένη ηλιακή ενέργεια (CSP).
Η χρήση αυτών των υλικών επέτρεψε στη βιομηχανία να ξεπεράσει τις προκλήσεις στην τεχνολογία μεταφοράς και αποθήκευσης θερμότητας και, για έργα με διάρκεια ζωής 40 ετών ή περισσότερο, μπορεί να βοηθήσει στη μείωση της υποβάθμισης των υλικών ή του κόστους αντικατάστασης.
Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας (IEO 2017), μεταξύ 2015 και 2040, η κατανάλωση ανανεώσιμης ενέργειας (συμπεριλαμβανομένης της CSP) θα αυξάνεται με ετήσιο ρυθμό 2,3 τοις εκατό . Αυτή τη στιγμή υπάρχουν περισσότεροι από 40 σταθμοί ηλιακής θερμικής ενέργειας παγκοσμίως και περισσότεροι από 20 τέτοιοι σταθμοί βρίσκονται στο στάδιο του σχεδιασμού ή της κατασκευής. Τείνουν να βρίσκονται σε περιοχές με υψηλή ηλιακή ακτινοβολία, όπως η Ισπανία, η Ινδία, η Νότια Αφρική, η Κίνα, η Χιλή, η Αυστραλία, η Μέση Ανατολή και η Βόρεια Αφρική (MENA) και οι νότιες Ηνωμένες Πολιτείες.
Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής επίδειξης CSP λειτουργούσαν ήδη από τη δεκαετία του 1980. Έκτοτε, έχει σημειωθεί μεγάλη πρόοδος στη συλλογή και αποθήκευση ενέργειας. Ο ηλιακός πύργος είναι μια νέα τεχνολογία συμπύκνωσης στην οποία χρησιμοποιείται λιωμένο αλάτι ως υγρό μεταφοράς θερμότητας. Η θερμοκρασία τήξης του μίγματος νιτρικών είναι γενικά 130 βαθμοί (268 βαθμοί F) ή μεγαλύτερη. Παραμένουν σε υγρή μορφή σε μονωμένες δεξαμενές αποθήκευσης σε θερμοκρασίες 288 βαθμών (550 βαθμών F). Το υγρό αλάτι στη συνέχεια αντλείται μέσω ενός σωλήνα σε έναν ηλιακό δέκτη και θερμαίνεται με συγκεντρωμένη ακτινοβολία σε θερμοκρασίες έως και 566 βαθμούς (1.050 βαθμοί F). Το υγρό υψηλής θερμοκρασίας τροφοδοτείται στη συνέχεια σε δεξαμενή αποθήκευσης υψηλής θερμοκρασίας. Η δεξαμενή αποθήκευσης υψηλής θερμοκρασίας είναι επίσης μονωμένη και μπορεί να αποθηκεύσει θερμική ενέργεια για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Η αποθήκευση θερμικής ηλεκτρικής ενέργειας (TES) χρησιμοποιείται για να αντισταθμίσει τις αλλαγές στη ζήτηση και τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Το τετηγμένο αλάτι αντλείται σε μια γεννήτρια ατμού όπως χρειάζεται για να παραχθεί ατμός για την κίνηση συμβατικών στροβίλων και γεννητριών. Το TES έχει μοναδικά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες μεγάλης κλίμακας ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και σε ορισμένες περιπτώσεις δεν απαιτεί καν εφεδρικό καύσιμο παραγωγής ενέργειας. Το καλοκαίρι του 2013, ένα σύστημα πύργων λιωμένου αλατιού στην Ισπανία παρήγαγε συνεχή ηλεκτρισμό 24 ώρες την ημέρα για 36 ημέρες - την πρώτη φορά που έγινε ποτέ.
Το Crescent Dunes είναι ένας τέτοιος σταθμός παραγωγής ενέργειας σε λειτουργία. Βρίσκεται στην Tonopah της Νεβάδα, στην έρημο βόρεια του Λας Βέγκας, έχει καθαρή ικανότητα παραγωγής 110 μεγαβάτ και χρόνο TES 10 ωρών. Αυτό σημαίνει ότι ο σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια σε πλήρη ισχύ για έως και 10 ώρες κατά τις περιόδους αιχμής ζήτησης. Περισσότεροι από 10,000 ηλιοστάτες αντανακλούν το ηλιακό φως και συγκεντρώνουν την ενέργεια σε έναν δέκτη στην κορυφή ενός πύργου 200-μέτρων (640-ποδιών). Κάθε ηλιοστάτης αποτελείται από μικρούς καθρέφτες συνολικής επιφάνειας 115,7 τετραγωνικών μέτρων (1.245 τετραγωνικά πόδια). Η συνολική περιοχή συλλογής φωτός υπερβαίνει τα 1,2 εκατομμύρια τετραγωνικά μέτρα (12 εκατομμύρια τετραγωνικά πόδια). Από την εμπορική κυκλοφορία του το 2015, το Crescent Dunes έχει παράγει περισσότερα από 173 γιγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας, αρκετά για να καλύψει τη μέγιστη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας περίπου 75,000 κατοικιών. Οι ηλιακοί πύργοι και τα CSP από λιωμένο αλάτι αποτελούν τη βάση σχεδιασμού για νέα προγραμματισμένα έργα στη Νότια Αφρική, την Αυστραλία και τη Νεβάδα. Το έργο Redstone 100 MW στη Νότια Αφρική θα καλύψει τη μέγιστη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας περίπου 200,{20}} νοικοκυριών με χρόνο TES 12 ωρών. Ένα τεράστιο νέο έργο στη Νεβάδα έχει 10 ηλιακούς πύργους με ικανότητα παραγωγής 2 γιγαβάτ (2,000 μεγαβάτ).
Η χρήση τουανοξείδωτο ατσάλικαικράματα νικελίουκατέστησε δυνατά συστήματα υψηλής θερμοκρασίας, όπου ο χειρισμός τετηγμένων αλάτων ήταν προηγουμένως πρόκληση. Σχεδιαστές και μηχανικοί άρχισαν να κατασκευάζουν σωλήνες δέκτη από κράματα με βάση το νικέλιο, όπως τα UNS N06617, N06625 και N06230, επειδή χρειαζόταν να διατηρήσουν αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία για παρατεταμένες χρονικές περιόδους -- μια ιδιότητα γνωστή ως αντοχή σε ερπυσμό. Αυτά τα κράματα είναι σταθερά σε θερμοκρασίες λειτουργίας κυρίως λόγω της υψηλής περιεκτικότητάς τους σε νικέλιο και της αντοχής τους στην οξείδωση.
Ο ανοξείδωτος χάλυβας τύπου 347H (S34709) χρησιμοποιείται για δεξαμενές αποθήκευσης υψηλής θερμοκρασίας.
Από το 2016, η συνολική εγκατεστημένη ισχύς των CSP παγκοσμίως έφτασε τα 4.815 MW. Το 2017, η Ισπανία είχε 2.300 MW εγκατεστημένης ισχύος σε λειτουργία, σχεδόν το ήμισυ της παγκόσμιας συνολικής. Οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν εγκατεστημένη ισχύ 1.740 MW και έχουν δύο από τα μεγαλύτερα έργα στον κόσμο: τον Avenpa Solar Power Station (392 MW) και το Mojave Solar Project (354 MW).
Το Crescent Dunes, που βρίσκεται στην έρημο βόρεια του Λας Βέγκας, στη Νεβάδα, έχει καθαρή ικανότητα παραγωγής ενέργειας 110 μεγαβάτ και χρόνο TES 10 ωρών. Αυτό σημαίνει ότι ο σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια σε πλήρη ισχύ για έως και 10 ώρες κατά τις περιόδους αιχμής ζήτησης.
Τεχνολογία συγκέντρωσης ηλιακών πύργων
1. Το φως του ήλιου συγκεντρώνεται μέσα από ένα μεγάλο πεδίο ηλιοστατών και αντανακλάται σε έναν δέκτη στην κορυφή ενός πύργου 195- μέτρων (640-πόδι). 2. Υγρό αλάτι από τη δεξαμενή κρύου αλατιού αντλείται στον δέκτη και θερμαίνεται στους 566 βαθμούς (1050 βαθμούς F). 3. Το θερμαινόμενο αλάτι στον δέκτη αποθηκεύεται σε μια ζεστή δεξαμενή αλατιού. 4. Το ζεστό αλάτι αντλείται στη δεξαμενή ζεστού αλατιού μέσω της γεννήτριας ατμού για να σχηματίσει ατμό, ο οποίος οδηγεί τον ατμοστρόβιλο για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. 5. Το κρύο αλάτι στους 288 βαθμούς (550 βαθμούς F) ρέει πίσω στη δεξαμενή κρύου αλατιού. 6. Ο συμπυκνωμένος ατμός από τον ατμοστρόβιλο ανακυκλώνεται επανειλημμένα.
