니켈 기반 합금 및 니켈 함유 스테인리스강은 태양열 발전 또는 집중 태양열 발전(CSP)이라고 하는 새로운 유형의 재생 에너지에서 핵심적인 역할을 합니다.
이러한 재료를 사용함으로써 업계는 열 전달 및 저장 기술의 문제를 극복할 수 있었고 설계 수명이 40년 이상인 프로젝트의 경우 재료 품질 저하 또는 교체 비용을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
국제 에너지 기구(IEO 2017)에 따르면 2015년에서 2040년 사이에 재생 에너지(CSP 포함)의 소비는 연간 2.3%의 비율로 증가할 것입니다. 현재 전 세계적으로 40개 이상의 태양열 발전소가 있으며 20개 이상의 발전소가 계획 또는 건설 단계에 있습니다. 그들은 스페인, 인도, 남아프리카, 중국, 칠레, 호주, 중동 및 북아프리카(MENA), 미국 남부와 같이 일사량이 높은 지역에 위치하는 경향이 있습니다.
시범 CSP 발전소는 이미 1980년대에 가동되었습니다. 그 이후로 에너지 수확 및 저장에서 많은 발전이 이루어졌습니다. 태양열 타워는 용융염을 열전달 유체로 사용하는 새로 개발된 농축 기술입니다. 질산염 혼합물의 용융 온도는 일반적으로 130도(화씨 268도) 이상입니다. 그들은 288도(550도 F)의 온도에서 절연 저장 탱크에 액체 형태로 남아 있습니다. 그런 다음 액체 염은 파이프를 통해 태양열 수용기로 펌핑되고 집중 복사에 의해 566도(1,050도 F)의 높은 온도로 가열됩니다. 고온 액체는 고온 저장 탱크로 공급됩니다. 고온 저장 탱크도 단열되어 열에너지를 장기간 저장할 수 있습니다.
열 전기 저장(TES)은 수요 및 환경 조건의 변화를 보상하는 데 사용됩니다. 용융 염은 필요에 따라 증기 발생기로 펌핑되어 기존 터빈과 발전기를 구동하는 증기를 생성합니다. TES는 다른 대규모 재생 에너지원에 비해 고유한 장점이 있으며 경우에 따라 백업 발전 연료가 필요하지 않습니다. 2013년 여름, 스페인의 용융염탑 시스템은 사상 처음으로 36일 동안 하루 24시간 연속 전기를 생산했습니다.
Crescent Dunes는 운영 중인 발전소 중 하나입니다. 라스베이거스 북쪽 사막의 네바다 주 토노파에 위치한 이 설비는 순 발전 용량이 110메가와트이고 TES 시간이 10시간입니다. 이것은 발전소가 피크 수요 기간 동안 최대 10시간 동안 최대 용량으로 전기를 생산할 수 있음을 의미합니다. 10개 이상의000 헬리오스탯은 햇빛을 반사하고 에너지를 200-미터(640-피트) 타워 상단에 있는 수신기에 집중시킵니다. 각 헬리오스탯은 총 면적이 115.7제곱미터(1,245제곱피트)인 작은 거울로 구성됩니다. 총 집광 면적은 120만 평방 미터(1200만 평방 피트)를 초과합니다. 2015년 상업 출시 이후 Crescent Dunes는 약 75가구의 최대 전력 수요를 충족하기에 충분한 173기가와트 이상의 전기를 생성했습니다. 태양열 타워와 용융염 CSP는 남아프리카, 호주 및 네바다에서 계획된 새로운 프로젝트의 설계 기반을 형성합니다. 남아프리카 공화국의 100MW Redstone 프로젝트는 TES 시간이 12시간인 약 200가구의 최대 전력 수요를 충족할 것입니다. 네바다의 대규모 신규 프로젝트에는 발전 용량이 2기가와트(2,{25}}메가와트)인 태양열 타워 10개가 있습니다.
의 사용스테인레스 스틸그리고니켈 합금이전에는 용융염을 처리하는 것이 어려웠던 고온 시스템을 가능하게 했습니다. 설계자와 엔지니어는 UNS N06617, N06625 및 N06230과 같은 니켈 기반 합금으로 수신기 튜브를 만들기 시작했습니다. 그 이유는 크리프 저항이라고 하는 특성 -- 장기간 동안 고온 강도를 유지해야 했기 때문입니다. 이 합금은 주로 높은 니켈 함량과 산화 저항성으로 인해 작동 온도에서 안정적입니다.
Type 347H 스테인리스 스틸(S34709)은 고온 저장 탱크에 사용됩니다.
2016년 기준으로 전 세계 CSP의 총 설치 용량은 4,815MW에 달했습니다. 2017년에 스페인은 2,300MW의 설치 용량을 가동했으며 이는 세계 전체의 거의 절반에 해당합니다. 미국은 1,740MW의 설치 용량을 가지고 있으며 세계에서 가장 큰 두 프로젝트인 Avenpa Solar Power Station(392MW)과 Mojave Solar Project(354MW)를 보유하고 있습니다.
네바다주 라스베이거스 북쪽 사막에 위치한 Crescent Dunes는 110메가와트의 순 발전 용량과 10시간의 TES 시간을 가지고 있습니다. 이것은 발전소가 피크 수요 기간 동안 최대 10시간 동안 최대 용량으로 전기를 생산할 수 있음을 의미합니다.
태양광 타워 집중 기술
1. 태양광은 헬리오스타트의 넓은 필드를 통해 집중되고 195-미터(640-피트) 타워의 상단에 있는 수신기에 반사됩니다. 2. 차가운 소금 탱크의 액체 소금은 리시버로 펌핑되어 566도(1050도 F)로 가열됩니다. 3. 리시버의 가열된 소금은 뜨거운 소금 탱크에 저장됩니다. 4. 뜨거운 소금은 증기 발생기를 통해 뜨거운 소금 탱크로 펌핑되어 증기를 형성하고 증기 터빈을 구동하여 전기를 생성합니다. 5. 288도(550도 F)의 차가운 소금은 차가운 소금 탱크로 다시 흐릅니다. 6. 증기 터빈의 응축 증기는 반복적으로 재활용됩니다.
