В системите за слънчева топлинна енергия, по-специално концентрираната слънчева енергия (CSP) и промишлената технологична топлина, ролята на резервния или спомагателния нагревател е незаменима. Тези нагреватели осигуряват необходимото отопление, когато слънчевата радиация е недостатъчна, като например през нощта или в облачни периоди. Те са от съществено значение за поддържането на системи за съхранение на топлина, които разчитат на флуиди за пренос на топлина (HTFs), като разтопени соли или термични масла. Като се има предвид специалното естество на тези течности-разтопени соли, обикновено надвишаващи 400 градуса, и термични масла, вариращи от 300 градуса до 400 градуса -изборът на правилния нагревателен материал се превръща в основна задача за осигуряване на надеждността на системата, енергийната ефективност и общите оперативни разходи.
Претендентите: Материални възможности под светлината на слънчевия прожектор
При избора на материали за слънчево топлинно отопление на флуида се открояват три основни претендента:кварц, метални сплави(като сплави на основата на неръждаема стомана, титан и-никел) иполимерни покрития(PFA/PTFE). Всеки има уникални предимства и ограничения, особено когато се вземат предвид температурните прагове, съвместимостта на течности и механичните характеристики.
Кварц: Кварцът предлага изключителна устойчивост на високи-температури, което го прави идеален кандидат за приложения с разтопена сол, която може да надвишава 500 градуса. Неговата висока химическа инертност осигурява съвместимост с широка гама от разтопени соли и термални масла, предлагайки дълготрайност-. Неговата крехкост обаче представлява предизвикателство по отношение на манипулирането и монтажа, а високата му цена е забележителен недостатък.
Метални сплави: Неръждаема стомана и титанови сплави често се използват в системи, където са необходими механична якост, добра топлопроводимост и устойчивост на корозия. За високо-температурни разтопени соли и термични масла може да са необходими специализирани никелови-сплави. Докато металните сплави се представят добре в системи с по-ниска до средна температура, те страдат от проблеми като равномерна корозия и питинг, когато са изложени на агресивни течности като разтопени соли или определени масла.
Полимерни покрития (PFA/PTFE): Тези материали са-рентабилни, предлагат отлична химическа устойчивост и обикновено се използват в системи с по-ниска{1}}температура. Тяхното приложение в слънчеви топлинни системи обикновено е ограничено до по-ниски температурни диапазони (обикновено под 250 градуса), особено в системи за защита от замръзване. Те са неподходящи за системи с разтопена сол или термално масло при по-висока температура поради относително ниската си температурна устойчивост.
Матрица за вземане на решения: Съпоставяне на материала с реалността на приложението
|
Ключово съображение |
Кварцов нагревател |
Метален нагревател |
Нагревател с полимерно покритие |
|
Максимална температура на флуида |
Много висока (до 800 градуса +) |
Висок (250-600 градуса в зависимост от сплавта) |
Ниска (обикновено по-малка или равна на 200 градуса) |
|
Химическа съвместимост |
Отличен (устойчив на повечето HTFs) |
Добър (необходимо е съвпадение на специфична сплав-течност) |
Отличен (устойчив на почти всички HTF) |
|
Механична якост |
Ниска (крехка) |
високо |
Средно (покритията могат да се напукат) |
|
Ефективност на пренос на топлина |
Умерен |
високо |
Ниска (покритието въвежда термична устойчивост) |
|
Типична цена |
високо |
Умерено до високо |
Ниска до умерена |
|
Предпочитано приложение |
Високо{0}}нагряване на разтопена сол, изискване за висока чистота |
Термично масло със средна-висока температура, специализирани разтопени соли, системи с високо{1}}налягане |
Защита от замръзване на гликол/вода при ниска-температура, съхранение при ниска{1}}температура |
Отвъд матрицата: Допълнителни инженерни съображения
Докато матрицата за вземане на решения предоставя ясна първоначална оценка, трябва да се вземат предвид други инженерни съображения, включително:
Налягане в системата: Системите за високо{0}}налягане предпочитат използването на метални нагреватели със здрави конструкции на фланци, предлагащи механичната якост, необходима за безопасна работа под налягане.
Термична циклична честота: Системите с чести цикли на стартиране-стоп изискват материали с висока устойчивост на термична умора. Металите, особено титановите и никелови сплави, обикновено се представят по-добре при тези условия в сравнение с кварца.
Поддръжка и мониторинг: В отдалечените CSP инсталации надеждността на използваните материали е от първостепенно значение. Следователно, лесната диагностика и дълготрайността на всеки материал при термично и химическо натоварване са критични фактори в-процеса на вземане на решения.
Заключение: Подходяща-за-целта философия в устойчиво бъдеще
Изборът на правилния материал за слънчево термално отопление с течност не е въпрос на намиране на-размер-подходящо-решение. Вместо това става дума за гарантиране, че избраният материал отговаря на уникалните изисквания на въпросната система. За системи с разтопена сол при висока-температура кварцът е отлична опция, предлагаща превъзходна производителност при висока-температура и химическа съвместимост. За широко използване в системи с термично масло, легираните метали като неръждаема стомана и титан осигуряват добър баланс на здравина, пренос на топлина и-ценова ефективност. Полимерните покрития, въпреки че не са подходящи за високо{10}}температурни приложения, остават отличен избор за защита от замръзване и-нискотемпературно отопление. Успешният избор на материал гарантира както оптимизирана енергийна ефективност, така и минимизирани общи разходи за притежание през жизнения цикъл на системата.
