Le leghe a base di nichel e gli acciai inossidabili contenenti nichel svolgono un ruolo chiave in un nuovo tipo di energia rinnovabile chiamata energia solare termica o energia solare concentrata (CSP).
L'uso di questi materiali ha consentito all'industria di superare le sfide nella tecnologia di trasferimento di calore e stoccaggio e, per progetti con una vita di progettazione di 40 anni o più, può aiutare a ridurre il degrado del materiale oi costi di sostituzione.
Secondo l'Agenzia internazionale per l'energia (IEO 2017), tra il 2015 e il 2040, il consumo di energia rinnovabile (compreso il CSP) aumenterà a un tasso annuo del 2,3%. Attualmente ci sono più di 40 impianti solari termici in tutto il mondo e più di 20 di questi impianti sono in fase di progettazione o costruzione. Tendono a trovarsi in aree con un elevato irraggiamento solare, come Spagna, India, Sud Africa, Cina, Cile, Australia, Medio Oriente e Nord Africa (MENA) e Stati Uniti meridionali.
Le centrali elettriche CSP dimostrative erano in funzione già negli anni '80. Da allora, sono stati fatti molti progressi nella raccolta e nello stoccaggio di energia. La torre solare è una tecnologia di concentrazione di nuova concezione in cui il sale fuso viene utilizzato come fluido termovettore. La temperatura di fusione della miscela di nitrati è generalmente di 130 gradi (268 gradi F) o superiore. Rimangono in forma liquida in serbatoi di stoccaggio isolati a temperature di 288 gradi (550 gradi F). Il sale liquido viene quindi pompato attraverso un tubo in un ricevitore solare e riscaldato mediante irraggiamento concentrato a temperature fino a 566 gradi (1.050 gradi F). Il liquido ad alta temperatura viene quindi immesso in un serbatoio di stoccaggio ad alta temperatura. Anche il bollitore ad alta temperatura è coibentato e può immagazzinare energia termica per lungo tempo.
L'accumulo di elettricità termica (TES) viene utilizzato per compensare i cambiamenti della domanda e delle condizioni ambientali. Il sale fuso viene pompato in un generatore di vapore secondo necessità per generare vapore per azionare turbine e generatori convenzionali. TES presenta vantaggi unici rispetto ad altre fonti di energia rinnovabile su larga scala e, in alcuni casi, non richiede nemmeno carburante di riserva per la generazione di energia. Nell'estate del 2013, un sistema di torri di sale fuso in Spagna ha prodotto elettricità continua 24 ore al giorno per 36 giorni, la prima volta in assoluto.
Crescent Dunes è una di queste centrali elettriche in funzione. Situato a Tonopah, Nevada, nel deserto a nord di Las Vegas, ha una capacità di generazione netta di 110 megawatt e un tempo TES di 10 ore. Ciò significa che la centrale può generare elettricità a piena capacità per un massimo di 10 ore durante i periodi di picco della domanda. Più di 10,{4}} eliostati riflettono la luce solare e concentrano l'energia in un ricevitore in cima a una torre di 200-metri ({6}}piedi). Ogni eliostato è costituito da piccoli specchi con una superficie totale di 115,7 metri quadrati (1.245 piedi quadrati). L'area totale di raccolta della luce supera 1,2 milioni di metri quadrati (12 milioni di piedi quadrati). Dal suo lancio commerciale nel 2015, Crescent Dunes ha generato più di 173 gigawatt di elettricità, sufficienti per soddisfare il picco della domanda di elettricità di circa 75,{17}} case. Torri solari e CSP a sale fuso costituiscono la base progettuale per i nuovi progetti pianificati in Sud Africa, Australia e Nevada. Il progetto Redstone da 100 MW in Sud Africa soddisferà il picco di domanda di elettricità di circa 200,{20}} famiglie con un tempo TES di 12 ore. Un nuovo imponente progetto in Nevada prevede 10 torri solari con una capacità di generazione di 2 gigawatt (2,{25}} megawatt).
L'utilizzo diacciaio inossidabileeleghe di nichelha reso possibili sistemi ad alta temperatura, dove la manipolazione dei sali fusi era in precedenza una sfida. Progettisti e ingegneri hanno iniziato a realizzare tubi riceventi da leghe a base di nichel come UNS N06617, N06625 e N06230 perché avevano bisogno di mantenere la resistenza alle alte temperature per lunghi periodi di tempo -- una proprietà nota come resistenza allo scorrimento. Queste leghe sono stabili alle temperature di esercizio principalmente a causa del loro alto contenuto di nichel e della loro resistenza all'ossidazione.
L'acciaio inossidabile tipo 347H (S34709) viene utilizzato per i serbatoi di stoccaggio ad alta temperatura.
Nel 2016, la capacità installata totale dei CSP in tutto il mondo ha raggiunto 4.815 MW. Nel 2017, la Spagna aveva in funzione 2.300 MW di capacità installata, quasi la metà del totale mondiale. Gli Stati Uniti hanno una capacità installata di 1.740 MW e hanno due dei più grandi progetti al mondo: l'Avenpa Solar Power Station (392 MW) e il Mojave Solar Project (354 MW).
Crescent Dunes, situato nel deserto a nord di Las Vegas, Nevada, ha una capacità netta di generazione di energia di 110 megawatt e un tempo TES di 10 ore. Ciò significa che la centrale può generare elettricità a piena capacità per un massimo di 10 ore durante i periodi di picco della domanda.
Tecnologia di concentrazione della torre solare
1. La luce solare è concentrata attraverso un ampio campo di eliostati e riflessa su un ricevitore in cima a una torre di 195-metri (640-piedi); 2. Il sale liquido dal serbatoio del sale freddo viene pompato nel ricevitore e riscaldato a 566 gradi (1050 gradi F); 3. Il sale riscaldato nel ricevitore viene conservato in un serbatoio di sale caldo; 4. Il sale caldo viene pompato nel serbatoio del sale caldo attraverso il generatore di vapore per formare vapore, che aziona la turbina a vapore per generare elettricità; 5. Il sale freddo a 288 gradi (550 gradi F) rifluisce nel serbatoio del sale freddo; 6. Il vapore condensato dalla turbina a vapore viene riciclato ripetutamente.
