Сплави на основі нікелю та нержавіючі сталі, що містять нікель, відіграють ключову роль у новому типі відновлюваної енергії, що називається сонячною термальною енергією або концентрованою сонячною енергією (CSP).
Використання цих матеріалів дозволило промисловості подолати проблеми в технологіях передачі та зберігання тепла, а для проектів із розрахунковим терміном служби 40 років і більше може допомогти зменшити деградацію матеріалів або витрати на заміну.
За даними Міжнародного енергетичного агентства (IEO 2017), між 2015 і 2040 роками споживання відновлюваної енергії (включаючи CSP) зростатиме щорічно на 2,3 відсотка. В даний час у світі існує понад 40 сонячних теплових електростанцій, і більше 20 таких станцій знаходяться на стадії планування або будівництва. Вони, як правило, розташовані в регіонах з високим сонячним опроміненням, таких як Іспанія, Індія, Південна Африка, Китай, Чилі, Австралія, Близький Схід і Північна Африка (MENA) і південь Сполучених Штатів.
Демонстраційні електростанції CSP були в експлуатації ще в 1980-х роках. З тих пір було досягнуто значного прогресу в зборі та накопиченні енергії. Сонячна вежа — це нещодавно розроблена технологія збагачення, у якій розплавлена сіль використовується як теплоносій. Температура плавлення нітратної суміші зазвичай становить 130 градусів (268 градусів F) або вище. Вони залишаються в рідкому вигляді в ізольованих резервуарах для зберігання при температурі 288 градусів (550 градусів F). Потім рідку сіль перекачують через трубу в сонячний приймач і нагрівають концентрованим випромінюванням до температури 566 градусів (1050 градусів F). Потім високотемпературна рідина подається в високотемпературний резервуар для зберігання. Високотемпературний накопичувальний бак також ізольований і може зберігати теплову енергію протягом тривалого часу.
Теплове накопичення електроенергії (TES) використовується для компенсації змін попиту та умов навколишнього середовища. Розплавлена сіль закачується в парогенератор, якщо це необхідно для отримання пари для приводу звичайних турбін і генераторів. ТЕС має унікальні переваги перед іншими великомасштабними відновлюваними джерелами енергії, а в деяких випадках навіть не потребує резервного палива для виробництва електроенергії. Влітку 2013 року система башт з розплавленої солі в Іспанії виробляла безперервну електроенергію 24 години на добу протягом 36 днів - вперше в історії.
Crescent Dunes є однією з таких діючих електростанцій. Він розташований у Тонопі, штат Невада, у пустелі на північ від Лас-Вегаса, має чисту генеруючу потужність 110 мегават і час TES 10 годин. Це означає, що електростанція може виробляти електроенергію на повній потужності до 10 годин у періоди пікового попиту. Понад 10000 геліостатів відбивають сонячне світло та концентрують енергію в приймачі на вершині 200-метрової (640-футової) вежі. Кожен геліостат складається з маленьких дзеркал загальною площею 115,7 квадратних метрів (1245 квадратних футів). Загальна площа збору світла перевищує 1,2 мільйона квадратних метрів (12 мільйонів квадратних футів). З моменту комерційного запуску в 2015 році Crescent Dunes виробив понад 173 гігавати електроенергії, чого достатньо, щоб задовольнити піковий попит на електроенергію приблизно 75000 будинків. Сонячні вежі та CSP з розплавленої солі є основою для нових запланованих проектів у Південній Африці, Австралії та Неваді. Проект Redstone потужністю 100 МВт у Південній Африці задовольнить піковий попит на електроенергію приблизно 200 000 домогосподарств із часом TES 12 годин. Масштабний новий проект у Неваді передбачає 10 сонячних веж з генеруючою потужністю 2 гігавати (2000 мегават).
Використаннянержавіюча стальінікелеві сплавизробив можливими високотемпературні системи, де робота з розплавленими солями раніше була проблемою. Дизайнери та інженери почали виготовляти приймальні трубки зі сплавів на основі нікелю, таких як UNS N06617, N06625 і N06230, оскільки їм потрібно було підтримувати міцність при високій температурі протягом тривалих періодів часу -- властивість, відома як опір повзучості. Ці сплави стабільні при робочих температурах головним чином через високий вміст нікелю та стійкість до окислення.
Для високотемпературних резервуарів для зберігання використовується нержавіюча сталь типу 347H (S34709).
Станом на 2016 рік загальна встановлена потужність ЦСП у всьому світі досягла 4815 МВт. У 2017 році Іспанія мала в експлуатації 2300 МВт встановленої потужності, що становить майже половину від загальної світової. Сполучені Штати мають встановлену потужність 1740 МВт і мають два найбільші проекти у світі: сонячну електростанцію Avenpa (392 МВт) і Мохаве Solar Project (354 МВт).
Crescent Dunes, розташований у пустелі на північ від Лас-Вегаса, штат Невада, має чисту потужність виробництва електроенергії 110 мегават і час TES 10 годин. Це означає, що електростанція може виробляти електроенергію на повній потужності до 10 годин у періоди пікового попиту.
Технологія концентрації сонячних башт
1. Сонячне світло концентрується через велике поле геліостатів і відбивається до приймача на вершині 195-метрової (640-футової) вежі; 2. Рідка сіль із резервуара для холодної солі закачується в приймач і нагрівається до 566 градусів (1050 градусів F); 3. Підігріта сіль в приймальнику зберігається в резервуарі для гарячої солі; 4. Гаряча сіль закачується в резервуар для гарячої солі через парогенератор для утворення пари, яка приводить в рух парову турбіну для виробництва електроенергії; 5. Холодна сіль при температурі 288 градусів (550 градусів F) повертається в резервуар для холодної солі; 6. Конденсована пара з парової турбіни повторюється повторно.
