केंद्रित सौर ऊर्जा उत्पादन में उच्च तापमान निकल मिश्र धातु और स्टेनलेस स्टील का जादू

निकल-आधारित मिश्र धातु और निकल-युक्त स्टेनलेस स्टील एक नए प्रकार की अक्षय ऊर्जा में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं जिसे सौर तापीय ऊर्जा या केंद्रित सौर ऊर्जा (सीएसपी) कहा जाता है।

इन सामग्रियों के उपयोग ने उद्योग को गर्मी हस्तांतरण और भंडारण प्रौद्योगिकी में चुनौतियों को दूर करने की अनुमति दी है और 40 साल या उससे अधिक के डिजाइन जीवन के साथ परियोजनाओं के लिए सामग्री गिरावट या प्रतिस्थापन लागत को कम करने में मदद मिल सकती है।

अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी (IEO 2017) के अनुसार, 2015 और 2040 के बीच, अक्षय ऊर्जा (CSP सहित) की खपत 2.3 प्रतिशत की वार्षिक दर से बढ़ेगी। वर्तमान में दुनिया भर में 40 से अधिक सौर ताप विद्युत संयंत्र हैं, और 20 से अधिक ऐसे संयंत्र योजना या निर्माण चरण में हैं। वे स्पेन, भारत, दक्षिण अफ्रीका, चीन, चिली, ऑस्ट्रेलिया, मध्य पूर्व और उत्तरी अफ्रीका (एमईएनए) और दक्षिणी संयुक्त राज्य अमेरिका जैसे उच्च सौर विकिरण वाले क्षेत्रों में स्थित हैं।

प्रदर्शन सीएसपी बिजली संयंत्र 1980 के दशक की शुरुआत में परिचालन में थे। तब से, ऊर्जा संचयन और भंडारण में काफी प्रगति हुई है। सौर टावर एक नई विकसित सांद्रण तकनीक है जिसमें पिघला हुआ नमक गर्मी हस्तांतरण द्रव के रूप में प्रयोग किया जाता है। नाइट्रेट मिश्रण का गलनांक सामान्यतः 130 डिग्री (268 डिग्री फारेनहाइट) या इससे अधिक होता है। वे 288 डिग्री (550 डिग्री फारेनहाइट) के तापमान पर इन्सुलेटेड स्टोरेज टैंक में तरल रूप में रहते हैं। फिर तरल नमक को एक पाइप के माध्यम से एक सौर रिसीवर में पंप किया जाता है और केंद्रित विकिरण द्वारा 566 डिग्री (1,050 डिग्री फ़ारेनहाइट) के उच्च तापमान तक गर्म किया जाता है। उच्च तापमान वाले तरल को फिर एक उच्च तापमान भंडारण टैंक में खिलाया जाता है। उच्च तापमान भंडारण टैंक भी अछूता रहता है और थर्मल ऊर्जा को लंबे समय तक संग्रहीत कर सकता है।

थर्मल इलेक्ट्रिसिटी स्टोरेज (TES) का उपयोग मांग और पर्यावरणीय परिस्थितियों में बदलाव की भरपाई के लिए किया जाता है। पिघला हुआ नमक पारंपरिक टर्बाइन और जनरेटर चलाने के लिए भाप उत्पन्न करने के लिए आवश्यकतानुसार भाप जनरेटर में पंप किया जाता है। अन्य बड़े पैमाने पर अक्षय ऊर्जा स्रोतों पर टीईएस के अद्वितीय फायदे हैं, और कुछ मामलों में बैकअप बिजली उत्पादन ईंधन की भी आवश्यकता नहीं होती है। 2013 की गर्मियों में, स्पेन में पिघला हुआ नमक टावरों की एक प्रणाली ने 36 दिनों के लिए 24 घंटे लगातार बिजली का उत्पादन किया - पहली बार।

क्रिसेंट ड्यून्स एक ऐसा पावर स्टेशन है जो चालू है। लास वेगास के उत्तर में रेगिस्तान में टोनोपा, नेवादा में स्थित, इसकी शुद्ध उत्पादन क्षमता 110 मेगावाट और टीईएस समय 10 घंटे है। इसका मतलब है कि पावर स्टेशन पीक डिमांड पीरियड के दौरान 10 घंटे तक पूरी क्षमता से बिजली पैदा कर सकता है। 10 से अधिक,000 हेलियोस्टैट सूर्य के प्रकाश को परावर्तित करते हैं और एक 200-मीटर (640-फुट) टावर के शीर्ष पर एक रिसीवर पर ऊर्जा केंद्रित करते हैं। प्रत्येक हेलियोस्टैट में छोटे दर्पण होते हैं जिनका कुल क्षेत्रफल 115.7 वर्ग मीटर (1,245 वर्ग फुट) होता है। कुल प्रकाश संग्रहण क्षेत्र 1.2 मिलियन वर्ग मीटर (12 मिलियन वर्ग फुट) से अधिक है। 2015 में अपने वाणिज्यिक लॉन्च के बाद से, क्रिसेंट ड्यून्स ने 173 गीगावाट से अधिक बिजली उत्पन्न की है, जो अनुमानित 75,000 घरों की बिजली की चरम मांग को पूरा करने के लिए पर्याप्त है। सौर टावर और पिघला हुआ नमक सीएसपी दक्षिण अफ्रीका, ऑस्ट्रेलिया और नेवादा में नई नियोजित परियोजनाओं के लिए डिजाइन आधार बनाते हैं। दक्षिण अफ्रीका में 100 मेगावाट की रेडस्टोन परियोजना 12 घंटे के टीईएस समय के साथ लगभग 200,000 घरों की बिजली की चरम मांग को पूरा करेगी। नेवादा में एक विशाल नई परियोजना में 2 गीगावाट (2,000 मेगावाट) की उत्पादन क्षमता वाले 10 सौर टावर हैं।

का उपयोगस्टेनलेस स्टीलतथानिकल मिश्रउच्च तापमान प्रणालियों को संभव बना दिया है, जहां पिघले हुए लवणों को संभालना पहले एक चुनौती थी। डिजाइनरों और इंजीनियरों ने UNS N06617, N06625 और N06230 जैसे निकल-आधारित मिश्र धातुओं से रिसीवर ट्यूब बनाना शुरू कर दिया क्योंकि उन्हें लंबे समय तक उच्च तापमान की ताकत बनाए रखने की आवश्यकता थी -- एक संपत्ति जिसे रेंगना प्रतिरोध कहा जाता है। ये मिश्र धातु मुख्य रूप से अपने उच्च निकल सामग्री और ऑक्सीकरण के प्रतिरोध के कारण ऑपरेटिंग तापमान पर स्थिर हैं।

उच्च तापमान भंडारण टैंक के लिए टाइप 347H स्टेनलेस स्टील (S34709) का उपयोग किया जाता है।

2016 तक, दुनिया भर में सीएसपी की कुल स्थापित क्षमता 4,815 मेगावाट तक पहुंच गई। 2017 में, स्पेन में संचालन में 2,300 मेगावाट की स्थापित क्षमता थी, जो दुनिया की कुल क्षमता का लगभग आधा था। संयुक्त राज्य अमेरिका में 1,740 मेगावाट की स्थापित क्षमता है और दुनिया में दो सबसे बड़ी परियोजनाएं हैं: एवेनपा सौर ऊर्जा स्टेशन (392 मेगावाट) और मोजावे सौर परियोजना (354 मेगावाट)।

लास वेगास, नेवादा के उत्तर में रेगिस्तान में स्थित क्रिसेंट ड्यून्स में 110 मेगावाट की शुद्ध बिजली उत्पादन क्षमता और 10 घंटे का टीईएस समय है। इसका मतलब है कि पावर स्टेशन पीक डिमांड पीरियड के दौरान 10 घंटे तक पूरी क्षमता से बिजली पैदा कर सकता है।

सौर टावर केंद्रित प्रौद्योगिकी

1. सूर्य का प्रकाश हेलीओस्टेट्स के एक बड़े क्षेत्र के माध्यम से केंद्रित होता है और एक 195-मीटर (640-फुट) टावर के शीर्ष पर एक रिसीवर को प्रतिबिंबित करता है; 2. ठंडे नमक टैंक से तरल नमक को रिसीवर में पंप किया जाता है और 566 डिग्री (1050 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक गरम किया जाता है; 3. रिसीवर में गर्म नमक एक गर्म नमक टैंक में जमा हो जाता है; 4. भाप बनाने के लिए भाप जनरेटर के माध्यम से गर्म नमक टैंक में गर्म नमक को पंप किया जाता है, जो बिजली उत्पन्न करने के लिए भाप टरबाइन को चलाता है; 5. 288 डिग्री (550 डिग्री फारेनहाइट) पर ठंडा नमक वापस ठंडे नमक टैंक में बहता है; 6. भाप टरबाइन से संघनित भाप को बार-बार पुनर्नवीनीकरण किया जाता है।