Stopy na bazie niklu i stale nierdzewne zawierające nikiel odgrywają kluczową rolę w nowym rodzaju energii odnawialnej, zwanej energią słoneczną termiczną lub skoncentrowaną energią słoneczną (CSP).
Zastosowanie tych materiałów pozwoliło branży przezwyciężyć wyzwania związane z technologią wymiany i przechowywania ciepła, a w przypadku projektów o trwałości projektowej co najmniej 40 lat może pomóc w zmniejszeniu degradacji materiału lub kosztów wymiany.
Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEO 2017) w latach 2015-2040 zużycie energii odnawialnej (w tym CSP) będzie rosło w tempie 2,3 proc. rocznie. Obecnie na świecie istnieje ponad 40 elektrowni słonecznych, a ponad 20 takich elektrowni jest na etapie planowania lub budowy. Zwykle znajdują się na obszarach o wysokim nasłonecznieniu, takich jak Hiszpania, Indie, RPA, Chiny, Chile, Australia, Bliski Wschód i Afryka Północna (MENA) oraz południowe Stany Zjednoczone.
Demonstracyjne elektrownie CSP działały już w latach 80-tych. Od tego czasu poczyniono znaczne postępy w zakresie pozyskiwania i przechowywania energii. Wieża słoneczna to nowo opracowana technologia zatężania, w której jako nośnik ciepła wykorzystywana jest stopiona sól. Temperatura topnienia mieszaniny azotanów wynosi na ogół 130 stopni (268 stopni F) lub więcej. Pozostają w postaci płynnej w izolowanych zbiornikach magazynowych w temperaturze 288 stopni (550 stopni F). Płynna sól jest następnie pompowana rurą do odbiornika słonecznego i podgrzewana przez skoncentrowane promieniowanie do temperatury 566 stopni (1050 stopni F). Ciecz o wysokiej temperaturze jest następnie podawana do wysokotemperaturowego zbiornika magazynowego. Zasobnik wysokotemperaturowy jest również izolowany i może magazynować energię cieplną przez długi czas.
Magazynowanie energii cieplnej (TES) służy do kompensacji zmian zapotrzebowania i warunków środowiskowych. Stopiona sól jest pompowana do generatora pary w razie potrzeby, aby wytworzyć parę do napędzania konwencjonalnych turbin i generatorów. TES ma wyjątkowe zalety w porównaniu z innymi wielkoskalowymi odnawialnymi źródłami energii, aw niektórych przypadkach nie wymaga nawet zapasowego paliwa do wytwarzania energii. Latem 2013 roku system wież ze stopionej soli w Hiszpanii po raz pierwszy w historii wytwarzał energię elektryczną 24 godziny na dobę przez 36 dni.
Crescent Dunes jest jedną z takich działających elektrowni. Zlokalizowany w Tonopah w stanie Nevada, na pustyni na północ od Las Vegas, ma moc generacyjną netto 110 megawatów i czas TES wynoszący 10 godzin. Oznacza to, że elektrownia może generować energię elektryczną z pełną mocą do 10 godzin w okresach szczytowego zapotrzebowania. Ponad 10 000 heliostatów odbija światło słoneczne i koncentruje energię w odbiorniku na szczycie 200-metrowej (640-stopowej) wieży. Każdy heliostat składa się z małych lusterek o łącznej powierzchni 115,7 metrów kwadratowych (1245 stóp kwadratowych). Całkowita powierzchnia zbierania światła przekracza 1,2 miliona metrów kwadratowych (12 milionów stóp kwadratowych). Od momentu wprowadzenia na rynek w 2015 r. Crescent Dunes wytworzył ponad 173 gigawatów energii elektrycznej, co wystarczy, aby zaspokoić szczytowe zapotrzebowanie na energię elektryczną w około 75 000 domach. Wieże solarne i CSP ze stopioną solą stanowią podstawę projektową dla nowych planowanych projektów w RPA, Australii i Nevadzie. Projekt Redstone o mocy 100 MW w Republice Południowej Afryki zaspokoi szczytowe zapotrzebowanie na energię elektryczną około 200 000 gospodarstw domowych w czasie TES wynoszącym 12 godzin. Ogromny nowy projekt w Nevadzie obejmuje 10 wież słonecznych o mocy wytwórczej 2 gigawatów (2, 000 megawatów).
Sposób użyciaStal nierdzewnaorazstopy nikluumożliwiła systemy wysokotemperaturowe, w których obsługa stopionych soli była wcześniej wyzwaniem. Projektanci i inżynierowie rozpoczęli produkcję rur odbiorczych ze stopów na bazie niklu, takich jak UNS N06617, N06625 i N06230, ponieważ wymagały one utrzymania wytrzymałości na wysoką temperaturę przez dłuższy czas -- właściwości znanej jako odporność na pełzanie. Stopy te są stabilne w temperaturach roboczych głównie ze względu na wysoką zawartość niklu i odporność na utlenianie.
Stal nierdzewna typu 347H (S34709) jest stosowana do zbiorników magazynowych o wysokiej temperaturze.
W 2016 r. łączna moc zainstalowana CSP na całym świecie osiągnęła 4815 MW. W 2017 r. Hiszpania miała 2300 MW zainstalowanej mocy, prawie połowę całkowitej światowej. Stany Zjednoczone mają zainstalowaną moc 1740 MW i mają dwa największe projekty na świecie: Avenpa Solar Power Station (392 MW) i Mojave Solar Project (354 MW).
Crescent Dunes, położone na pustyni na północ od Las Vegas w stanie Nevada, ma moc netto 110 megawatów i czas TES wynoszący 10 godzin. Oznacza to, że elektrownia może generować energię elektryczną z pełną mocą do 10 godzin w okresach szczytowego zapotrzebowania.
Technologia koncentracji wieży słonecznej
1. Światło słoneczne jest skupiane przez duże pole heliostatów i odbijane do odbiornika znajdującego się na szczycie 195-metrowej (640-stopowej) wieży; 2. Płynna sól z zimnego zbiornika soli jest pompowana do odbiornika i podgrzewana do 566 stopni (1050 stopni F); 3. Podgrzana sól w odbiorniku jest przechowywana w gorącym zbiorniku soli; 4. Gorąca sól jest pompowana do zbiornika gorącej soli przez generator pary w celu wytworzenia pary, która napędza turbinę parową do wytwarzania energii elektrycznej; 5. Zimna sól o temperaturze 288 stopni (550 stopni F) spływa z powrotem do zimnego zbiornika soli; 6. Skroplona para z turbiny parowej jest wielokrotnie poddawana recyklingowi.
