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May 17, 2023

A inovação em seu absorvedor volumétrico leva a eficiência do OVR a 90%

Postado em 15 de dezembro de 2022 15 de dezembro de 2022 Autor Cerâmica serigrafada

Postado em 15 de dezembro de 2022 15 de dezembro de 2022 Autor

Estrutura absorvente de cerâmica serigrafada fabricada pelo Exentis Group.

Em um recente projeto de P&D realizado por um consórcio das empresas alemãs Kraftanlagen Energies & Services GmbH, Vitesco Emitec e Exentis Group, juntamente com o Centro Aeroespacial Alemão, foi demonstrado que o potencial de eficiência do receptor volumétrico está longe de ser esgotado com as estruturas absorvedoras disponível atualmente.

Geometrias estruturadas tridimensionalmente em escala extremamente fina foram projetadas de acordo com as capacidades de fabricação das empresas envolvidas. Para o projeto estrutural, um novo método de otimização baseado em simulação foi aplicado e especialistas das empresas de manufatura foram envolvidos.

Como o receptor de sal fundido atualmente mais implantado, o receptor de ar volumétrico aberto (OVR) é a única tecnologia de receptor avançada que oferece um conceito de armazenamento comprovado, eficaz e escalável.

FIGURA 1: Esquema de usina solar com receptor volumétrico aberto (OVR).

Além disso, a tecnologia OVR tem vantagens significativas em simplicidade e robustez de operação em comparação com plantas com receptores de sal fundido. Com temperaturas de saída de ar de 650°C e além, ele tem a temperatura de processo superior mais alta atualmente disponível, abrindo o potencial para o uso de processos modernos de vapor de 620°C de alta eficiência.

A tecnologia OVR foi desenvolvida com alto grau de maturidade nas últimas duas décadas e está sendo demonstrada como um sistema completo de usina de energia na German Solar Tower Jülich, uma usina de energia experimental operada pelo Centro Aeroespacial Alemão (FIGURA 2).

FIGURA 2: Central experimental Solar Tower Jülich em operação.

O absorvedor volumétrico, componente central da tecnologia OVR, é uma estrutura porosa que permite que a radiação solar concentrada penetre profundamente em seu volume para ser absorvida e transferida como calor para o fluxo de gás paralelo pela grande superfície interna (FIGURA 3).

Os materiais típicos usados ​​como absorvedores são malhas de fios metálicos de ligas de aço resistentes à temperatura, estruturas de espuma reticulada feitas de cerâmica ou estruturas semelhantes a canais feitas de aço ou cerâmica.

FIGURA 3: Princípio de funcionamento do absorvedor volumétrico.

O absorvedor de última geração, que também é implantado na Solar Tower Jülich, consiste em favos de mel extrudados feitos de cerâmica de carboneto de silício com uma celularidade de cerca de 80 cpsi e 50% de porosidade aberta (FIGURA 4).

FIGURA 4: Módulo absorvedor de última geração com favo de cerâmica

Vitesco Emitec produziu um corpo de estruturas de canal feitas de pares alternados de chapas metálicas ultrafinas planas e corrugadas (~ 50 micrômetros) de uma liga de aço de alta temperatura. As chapas metálicas podem variar em comprimento e orientação (FIGURA 5).

FIGURA 5: Módulo absorvedor Vitesco Emitec com estrutura de canal metálico.

FIGURA 6: Módulo absorvedor do Grupo Exentis com estrutura frontal de pinos cerâmicos.

Grupo Exentis estruturas de canal produzidas com uma tecnologia de manufatura aditiva inovadora: serigrafia com cerâmica SiC. Seu design em favo de mel é caracterizado por canais que terminam em pinos muito finos em direção à frente irradiada (FIGURA 6).

Em um processo de design em duas etapas, as novas estruturas absorvedoras foram fabricadas e testadas primeiro em sondas de tamanho 60 mm x 60 mm antes de serem produzidas em tamanho de módulo de 140 mm x 140 mm compatível com o receptor na Solar Tower Jülich.

O teste de ambos os tamanhos foi feito em um banco de testes no simulador solar artificial Synlight ® da DLR para medir a eficiência térmica em comparação com o absorvedor de última geração. Posteriormente, os novos absorvedores em tamanho de módulo foram operados com radiação solar concentrada na Solar Tower Jülich por vários dias para provar sua estabilidade em ambiente real com transientes, especialmente devido a nuvens.

Os resultados da medição revelam uma vantagem significativa na eficiência térmica das novas estruturas de absorvedor em comparação com um absorvedor de última geração (FIGURA 7). Na temperatura de referência de 650°C, a estrutura Vitesco Emitec mostra 91% e a estrutura Exentis Group 92% de eficiência térmica, que são +6, respectivamente, +7% pontos em relação ao estado da arte.