Nickelbasislegierungen und nickelhaltige Edelstähle spielen eine Schlüsselrolle in einer neuen Art von erneuerbarer Energie, die Solarthermie oder konzentrierte Solarenergie (CSP) genannt wird.
Die Verwendung dieser Materialien hat es der Industrie ermöglicht, Herausforderungen in der Wärmeübertragungs- und Speichertechnologie zu meistern, und kann bei Projekten mit einer Lebensdauer von 40 Jahren oder mehr dazu beitragen, Materialverschlechterung oder Ersatzkosten zu reduzieren.
Laut der Internationalen Energieagentur (IEO 2017) wird der Verbrauch erneuerbarer Energien (einschließlich CSP) zwischen 2015 und 2040 jährlich um 2,3 Prozent zunehmen. Derzeit gibt es weltweit mehr als 40 solarthermische Kraftwerke, mehr als 20 davon befinden sich in Planung oder Bau. Sie befinden sich in der Regel in Gebieten mit hoher Sonneneinstrahlung, wie Spanien, Indien, Südafrika, China, Chile, Australien, dem Nahen Osten und Nordafrika (MENA) und den südlichen Vereinigten Staaten.
Demonstrations-CSP-Kraftwerke waren bereits in den 1980er Jahren in Betrieb. Seitdem wurden große Fortschritte bei der Energiegewinnung und -speicherung gemacht. Der Solarturm ist eine neu entwickelte Konzentrationstechnologie, bei der geschmolzenes Salz als Wärmeträgerflüssigkeit verwendet wird. Die Schmelztemperatur der Nitratmischung beträgt im Allgemeinen 130 Grad (268 Grad F) oder mehr. Sie verbleiben in flüssiger Form in isolierten Lagertanks bei Temperaturen von 288 Grad (550 Grad F). Das flüssige Salz wird dann durch ein Rohr in einen Solarempfänger gepumpt und durch konzentrierte Strahlung auf Temperaturen von bis zu 566 Grad (1.050 Grad F) erhitzt. Die Hochtemperaturflüssigkeit wird dann in einen Hochtemperaturspeichertank eingespeist. Der Hochtemperaturspeicher ist ebenfalls isoliert und kann Wärmeenergie lange speichern.
Thermische Stromspeicher (TES) werden verwendet, um Änderungen der Nachfrage und der Umgebungsbedingungen auszugleichen. Das geschmolzene Salz wird bei Bedarf in einen Dampfgenerator gepumpt, um Dampf zum Antrieb herkömmlicher Turbinen und Generatoren zu erzeugen. TES hat einzigartige Vorteile gegenüber anderen großen erneuerbaren Energiequellen und benötigt in einigen Fällen nicht einmal Brennstoff zur Notstromerzeugung. Im Sommer 2013 produzierte ein System aus Salzschmelztürmen in Spanien 36 Tage lang rund um die Uhr kontinuierlich Strom – zum ersten Mal überhaupt.
Crescent Dunes ist ein solches Kraftwerk, das in Betrieb ist. Es befindet sich in Tonopah, Nevada, in der Wüste nördlich von Las Vegas und hat eine Nettoerzeugungskapazität von 110 Megawatt und eine TES-Zeit von 10 Stunden. Damit kann das Kraftwerk in Spitzenlastzeiten bis zu 10 Stunden mit voller Leistung Strom erzeugen. Mehr als 10.000 Heliostaten reflektieren das Sonnenlicht und konzentrieren die Energie auf einen Empfänger auf der Spitze eines Turms von 200- Meter (640- Fuß). Jeder Heliostat besteht aus kleinen Spiegeln mit einer Gesamtfläche von 115,7 Quadratmetern. Die gesamte Lichtsammelfläche übersteigt 1,2 Millionen Quadratmeter (12 Millionen Quadratfuß). Seit seiner Markteinführung im Jahr 2015 hat Crescent Dunes mehr als 173 Gigawatt Strom erzeugt, genug, um den Spitzenstrombedarf von schätzungsweise 75 000 Haushalten zu decken. Solartürme und Flüssigsalz-CSPs bilden die Designgrundlage für neue geplante Projekte in Südafrika, Australien und Nevada. Das 100-MW-Redstone-Projekt in Südafrika wird den Spitzenstrombedarf von etwa 200.000 Haushalten mit einer TES-Zeit von 12 Stunden decken. Ein riesiges neues Projekt in Nevada hat 10 Solartürme mit einer Erzeugungskapazität von 2 Gigawatt (2,000 Megawatt).
Die Verwendung vonrostfreier StahlundNickellegierungenhat Hochtemperatursysteme ermöglicht, bei denen der Umgang mit geschmolzenen Salzen zuvor eine Herausforderung war. Designer und Ingenieure begannen mit der Herstellung von Empfängerröhren aus Legierungen auf Nickelbasis wie UNS N06617, N06625 und N06230, weil sie die Hochtemperaturfestigkeit über längere Zeiträume beibehalten mussten -- eine Eigenschaft, die als Kriechfestigkeit bekannt ist. Diese Legierungen sind bei Betriebstemperaturen hauptsächlich wegen ihres hohen Nickelgehalts und ihrer Oxidationsbeständigkeit stabil.
Edelstahl Typ 347H (S34709) wird für Hochtemperatur-Lagertanks verwendet.
Ab 2016 erreichte die installierte Gesamtkapazität von CSPs weltweit 4.815 MW. Im Jahr 2017 hatte Spanien 2.300 MW installierte Leistung in Betrieb, fast die Hälfte der weltweiten Gesamtleistung. Die Vereinigten Staaten haben eine installierte Leistung von 1.740 MW und zwei der größten Projekte der Welt: das Solarkraftwerk Avenpa (392 MW) und das Solarprojekt Mojave (354 MW).
Crescent Dunes liegt in der Wüste nördlich von Las Vegas, Nevada, und hat eine Nettostromerzeugungskapazität von 110 Megawatt und eine TES-Zeit von 10 Stunden. Damit kann das Kraftwerk in Spitzenlastzeiten bis zu 10 Stunden mit voller Leistung Strom erzeugen.
Solarturm-Konzentrationstechnologie
1. Sonnenlicht wird durch ein großes Feld von Heliostaten konzentriert und zu einem Empfänger an der Spitze eines Turms von 195- Meter (640- Fuß) reflektiert; 2. Flüssiges Salz aus dem kalten Salztank wird in den Empfänger gepumpt und auf 566 Grad (1050 Grad F) erhitzt; 3. Erhitztes Salz im Empfänger wird in einem Tank für heißes Salz gespeichert; 4. Das heiße Salz wird durch den Dampfgenerator in den Heißsalztank gepumpt, um Dampf zu bilden, der die Dampfturbine antreibt, um Strom zu erzeugen; 5. Das kalte Salz bei 288 Grad (550 Grad F) fließt zurück in den Kaltsalztank; 6. Der kondensierte Dampf aus der Dampfturbine wird wiederholt recycelt.
