Nickelbaserade legeringar och nickelhaltiga rostfria stål spelar en nyckelroll i en ny typ av förnybar energi som kallas solvärmekraft eller koncentrerad solenergi (CSP).
Användningen av dessa material har gjort det möjligt för industrin att övervinna utmaningar inom värmeöverförings- och lagringsteknik och kan, för projekt med en designlivslängd på 40 år eller mer, bidra till att minska materialförsämring eller utbyteskostnader.
Enligt International Energy Agency (IEO 2017) kommer förbrukningen av förnybar energi (inklusive CSP) mellan 2015 och 2040 att växa med en årlig takt på 2,3 procent. Det finns för närvarande mer än 40 solvärmekraftverk över hela världen, och mer än 20 sådana anläggningar är i planerings- eller byggstadiet. De tenderar att vara belägna i områden med hög solinstrålning, som Spanien, Indien, Sydafrika, Kina, Chile, Australien, Mellanöstern och Nordafrika (MENA) och södra USA.
Demonstration CSP-kraftverk var i drift redan på 1980-talet. Sedan dess har stora framsteg gjorts inom energiskörd och lagring. Soltornet är en nyutvecklad koncentreringsteknik där smält salt används som värmeöverföringsvätska. Smälttemperaturen för nitratblandningen är i allmänhet 130 grader (268 grader F) eller högre. De förblir i flytande form i isolerade lagringstankar vid temperaturer på 288 grader (550 grader F). Det flytande saltet pumpas sedan genom ett rör in i en solcellsmottagare och värms upp med koncentrerad strålning till temperaturer så höga som 566 grader (1 050 grader F). Högtemperaturvätskan matas sedan in i en högtemperaturlagringstank. Lagringstanken för hög temperatur är också isolerad och kan lagra värmeenergi under lång tid.
Thermal Electricity Storage (TES) används för att kompensera för förändringar i efterfrågan och miljöförhållanden. Det smälta saltet pumpas in i en ånggenerator efter behov för att generera ånga för att driva konventionella turbiner och generatorer. TES har unika fördelar jämfört med andra storskaliga förnybara energikällor och kräver i vissa fall inte ens reservbränsle för elproduktion. Sommaren 2013 producerade ett system av smält salttorn i Spanien kontinuerlig elektricitet 24 timmar om dygnet i 36 dagar – första gången någonsin.
Crescent Dunes är ett sådant kraftverk i drift. Beläget i Tonopah, Nevada, i öknen norr om Las Vegas, har den en nettoproduktionskapacitet på 110 megawatt och en TES-tid på 10 timmar. Detta innebär att kraftverket kan generera el med full kapacitet i upp till 10 timmar under perioder med hög efterfrågan. Mer än 10,000 heliostater reflekterar solljus och koncentrerar energin till en mottagare ovanpå ett 200-meter (640-fot) torn. Varje heliostat består av små speglar med en total yta på 115,7 kvadratmeter (1 245 kvadratfot). Den totala ljusinsamlingsytan överstiger 1,2 miljoner kvadratmeter (12 miljoner kvadratfot). Sedan den kommersiella lanseringen 2015 har Crescent Dunes genererat mer än 173 gigawatt elektricitet, tillräckligt för att möta det högsta elbehovet för uppskattningsvis 75,000 hem. Soltorn och CSP för smält salt utgör designbasen för nya planerade projekt i Sydafrika, Australien och Nevada. Redstone-projektet på 100 MW i Sydafrika kommer att möta det högsta elbehovet för cirka 200000 hushåll med en TES-tid på 12 timmar. Ett massivt nytt projekt i Nevada har 10 soltorn med en genereringskapacitet på 2 gigawatt (2,000 megawatt).
Användningen avrostfritt stålochnickellegeringarhar möjliggjort högtemperatursystem, där hantering av smälta salter tidigare var en utmaning. Designers och ingenjörer började tillverka mottagarrör av nickelbaserade legeringar som UNS N06617, N06625 och N06230 eftersom de behövde bibehålla högtemperaturhållfasthet under långa tidsperioder -- en egenskap som kallas krypmotstånd. Dessa legeringar är stabila vid driftstemperaturer främst på grund av deras höga nickelinnehåll och deras motståndskraft mot oxidation.
Typ 347H rostfritt stål (S34709) används för högtemperaturlagringstankar.
Från och med 2016 nådde den totala installerade kapaciteten för CSP:er världen över 4 815 MW. Under 2017 hade Spanien 2 300 MW installerad kapacitet i drift, nästan hälften av världens totala kapacitet. USA har en installerad kapacitet på 1 740 MW och har två av de största projekten i världen: Avenpa Solar Power Station (392 MW) och Mojave Solar Project (354 MW).
Crescent Dunes, som ligger i öknen norr om Las Vegas, Nevada, har en nettokraftproduktionskapacitet på 110 megawatt och en TES-tid på 10 timmar. Detta innebär att kraftverket kan generera el med full kapacitet i upp till 10 timmar under perioder med hög efterfrågan.
Teknik för koncentration av soltorn
1. Solljus koncentreras genom ett stort fält av heliostater och reflekteras till en mottagare på toppen av ett 195-meters (640-fot) torn; 2. Flytande salt från den kalla salttanken pumpas in i mottagaren och värms upp till 566 grader (1050 grader F); 3. Uppvärmt salt i mottagaren lagras i en varm salttank; 4. Det heta saltet pumpas in i den heta salttanken genom ånggeneratorn för att bilda ånga, som driver ångturbinen för att generera elektricitet; 5. Det kalla saltet vid 288 grader (550 grader F) rinner tillbaka till kallsalttanken; 6. Den kondenserade ångan från ångturbinen återvinns upprepade gånger.
