Nikkelbaserede legeringer og nikkelholdigt rustfrit stål spiller en nøglerolle i en ny type vedvarende energi kaldet solvarmeenergi eller koncentreret solenergi (CSP).
Brugen af disse materialer har gjort det muligt for industrien at overvinde udfordringer inden for varmeoverførsels- og lagringsteknologi, og til projekter med en designlevetid på 40 år eller mere, kan det hjælpe med at reducere materialenedbrydning eller udskiftningsomkostninger.
Ifølge Det Internationale Energiagentur (IEO 2017) vil forbruget af vedvarende energi (inklusive CSP) mellem 2015 og 2040 vokse med en årlig hastighed på 2,3 procent. Der er i øjeblikket mere end 40 solvarmekraftværker på verdensplan, og mere end 20 sådanne anlæg er i planlægnings- eller byggefasen. De har tendens til at være placeret i områder med høj solindstråling, såsom Spanien, Indien, Sydafrika, Kina, Chile, Australien, Mellemøsten og Nordafrika (MENA) og det sydlige USA.
Demonstrations-CSP-kraftværker var i drift allerede i 1980'erne. Siden da er der sket store fremskridt inden for energihøst og -lagring. Soltårnet er en nyudviklet koncentreringsteknologi, hvor smeltet salt bruges som varmeoverførselsvæske. Smeltetemperaturen for nitratblandingen er generelt 130 grader (268 grader F) eller derover. De forbliver i flydende form i isolerede lagertanke ved temperaturer på 288 grader (550 grader F). Det flydende salt pumpes derefter gennem et rør ind i en solcellemodtager og opvarmes med koncentreret stråling til temperaturer så høje som 566 grader (1.050 grader F). Højtemperaturvæsken føres derefter ind i en højtemperaturlagertank. Højtemperaturlagertanken er også isoleret og kan lagre termisk energi i lang tid.
Thermal Electricity Storage (TES) bruges til at kompensere for ændringer i efterspørgsel og miljøforhold. Det smeltede salt pumpes ind i en dampgenerator efter behov for at generere damp til at drive konventionelle turbiner og generatorer. TES har unikke fordele i forhold til andre vedvarende energikilder i stor skala og kræver i nogle tilfælde ikke engang backup-energiproduktionsbrændstof. I sommeren 2013 producerede et system af smeltede salttårne i Spanien kontinuerlig elektricitet 24 timer i døgnet i 36 dage - første gang nogensinde.
Crescent Dunes er et sådant kraftværk i drift. Beliggende i Tonopah, Nevada, i ørkenen nord for Las Vegas, har den en nettoproduktionskapacitet på 110 megawatt og en TES-tid på 10 timer. Det betyder, at kraftværket kan producere elektricitet med fuld kapacitet i op til 10 timer i perioder med spidsbelastning. Mere end 10,000 heliostater reflekterer sollys og koncentrerer energien ved en modtager på toppen af et 200-meter (640-fod) tårn. Hver heliostat består af små spejle med et samlet areal på 115,7 kvadratmeter (1.245 kvadratfod). Det samlede lysindsamlingsområde overstiger 1,2 millioner kvadratmeter (12 millioner kvadratfod). Siden den kommercielle lancering i 2015 har Crescent Dunes genereret mere end 173 gigawatt elektricitet, nok til at imødekomme spidsbelastningen efter elektricitet fra anslået 75,000 hjem. Soltårne og CSP'er for smeltet salt danner designgrundlaget for nye planlagte projekter i Sydafrika, Australien og Nevada. Redstone-projektet på 100 MW i Sydafrika vil imødekomme det maksimale elbehov for omkring 200000 husstande med en TES-tid på 12 timer. Et massivt nyt projekt i Nevada har 10 solcelletårne med en produktionskapacitet på 2 gigawatt (2,000 megawatt).
Brugen afrustfrit stålognikkellegeringerhar gjort højtemperatursystemer mulige, hvor håndtering af smeltede salte tidligere var en udfordring. Designere og ingeniører begyndte at lave modtagerrør af nikkel-baserede legeringer såsom UNS N06617, N06625 og N06230, fordi de var nødt til at opretholde høj temperaturstyrke i længere tid -- en egenskab kendt som krybemodstand. Disse legeringer er stabile ved driftstemperaturer hovedsageligt på grund af deres høje nikkelindhold og deres modstandsdygtighed over for oxidation.
Type 347H rustfrit stål (S34709) bruges til højtemperaturlagertanke.
Fra 2016 nåede den samlede installerede kapacitet for CSP'er på verdensplan 4.815 MW. I 2017 havde Spanien 2.300 MW installeret kapacitet i drift, næsten halvdelen af verdens samlede. USA har en installeret kapacitet på 1.740 MW og har to af de største projekter i verden: Avenpa Solar Power Station (392 MW) og Mojave Solar Project (354 MW).
Crescent Dunes, der ligger i ørkenen nord for Las Vegas, Nevada, har en nettostrømproduktionskapacitet på 110 megawatt og en TES-tid på 10 timer. Det betyder, at kraftværket kan producere elektricitet med fuld kapacitet i op til 10 timer i perioder med spidsbelastning.
Solar tårn koncentrerende teknologi
1. Sollys koncentreres gennem et stort felt af heliostater og reflekteres til en modtager i toppen af et 195-meter (640-fod) tårn; 2. Flydende salt fra den kolde salttank pumpes ind i modtageren og opvarmes til 566 grader (1050 grader F); 3. Opvarmet salt i modtageren opbevares i en varm salttank; 4. Det varme salt pumpes ind i den varme salttank gennem dampgeneratoren for at danne damp, som driver dampturbinen til at generere elektricitet; 5. Det kolde salt ved 288 grader (550 grader F) strømmer tilbage til den kolde salttank; 6. Den kondenserede damp fra dampturbinen genbruges gentagne gange.
