Przechwytywanie energii słonecznej przez cząstki stałe

Energia słoneczna jest ważnym alternatywnym źródłem energii odnawialnej, pomagając w złagodzeniu negatywnego wpływu emisji dwutlenku węgla na środowisko naturalne. Systemy skoncentrowanej energii słonecznej (CSP) wykorzystują zwierciadła do skupiania światła słonecznego i pozyskiwania jego ciepła, które potem służy do napędzania silników lub turbin. Aby móc wytwarzać elektryczność w sposób konkurencyjny, konieczna jest poprawa wydajności i bezpieczeństwa instalacji CSP. Czynnikiem ograniczającym sprawność istniejących systemów CSP jest ciecz przekazująca ciepło (HTF).

Celem finansowanego ze środków UE projektu "Concentrated solar power in particles" (CSP2) jest wykorzystanie gęstej zawiesiny cząstek gazu (DPS) jako alternatywy dla cieczy HTF umożliwiającej pracę w temperaturach powyżej 550 stopni Celsjusza. Faza stała zawiera dowolny nierozpuszczony minerał odporny na wysokie temperatury. Cząstki stałe można także wykorzystać do magazynowania energii cieplnej ze względu na ich wysoką pojemność cieplną.

W porównaniu ze standardowymi HTF materiał stały jest mniej szkodliwy dla środowiska i bezpieczniejszy. Możliwe jest łatwe i tanie wytwarzanie dużych ilości bez konieczności opracowywania procesów chemicznych.

Głównym celem projektu jest przeprowadzenie testów na pilotażowym odbiorniku o pojemności cieplnej wynoszącej 100–150 kW. Jak dotąd uczestnicy projektu przeprowadzili modelowanie przekazywania ciepła i przepływu zawiesiny w przewodach rurowych oraz w całym odbiorniku solarnym. W ramach pierwszej serii eksperymentów cyrkulujące cząstki nagrzewano do 750°C (przy wstępnym podgrzaniu do 500°C) w jednorurowym laboratoryjnym odbiorniku solarnym, a w drugim doświadczeniu pilotażowy odbiornik pracował na słońcu, w obiegu zamkniętym przez maksymalnie 5 godzin przy prędkości przepływu cząstek wynoszącej ok. 1 t/godz. Przeprowadzono także badania nad możliwościami zwiększenia skali produkcji w przemysłowych zakładach CSP. Model inżynieryjny przewiduje dobrą wydajność cieplną w przypadku pojemności 10-50 mW przy sprawności przekraczającej 70%. Prowadzona jest ocena wpływu na środowisko, która jak dotąd wskazuje na bardzo niewielkie ścieranie się cząstek.

Opracowane w projekcie CSP2 rozwiązanie dotyczące wykorzystania cząstek stałych w odbiorniku solarnym to radykalnie odmienna alternatywa dla dotąd stosowanych cieczowych i gazowych HTF. Ponieważ w zwiększonych temperaturach potrzeba mniej materiału przekazującego ciepło, DPS umożliwia budowę elektrowni, które będą tańsze w eksploatacji.