С середины 80-х годов концентрирующие солнечные электростанции (CSP) вырабатывают чистую энергию для питания наших домов, школ, офисов и общин. Тем не менее одной из постоянных проблем установок CSP является накопление водорода. Старший научный сотрудник Грег Глатцмайер потратил большую часть своей карьеры на разработку встроенного датчика разделения водорода, который повышает эффективность солнечных электростанций.
Концентрирующие солнечные электростанции
Безусловно, наиболее распространенный тип установки CSP основан на параболической конструкции желоба, где трубки поглотителя тепла проходят вдоль изогнутых концентрирующих зеркал, чтобы забирать энергию солнца. Во время работы жидкость на органической основе, которая подает тепло от приемников параболического желоба к электрической паровой турбине, подвергается небольшому, но постоянному тепловому пробою.
Образующийся в результате выброс водорода оказывает серьезное воздействие, вызывая тепловые потери, которые могут снизить общую эффективность установки и доход с нее на 15 %. Таким образом, все параболические корытообразные установки CSP будут страдать от накопления водорода.
Разработка Глатцмайера
Разработка эффективного решения этой трудноразрешимой проблемы потребовала от Глатцмайера использования всех его навыков и немало времени. В течение многих лет некоторые перспективные решения либо не проходили испытания, либо обеспечивали только пятилетнее исправление, что является недостаточным для установок CSP с их минимальным сроком службы, составляющим 30 лет.
Грег Глатцмайер при поддержке и финансировании со стороны отдела технологий Министерства энергетики все же добился успеха, найдя решение того, как можно продлить эффективность и доходность электростанций.
"Для меня всегда было приоритетом создать что-то практическое и ценное для технологии и промышленности", - рассказывает Глатцмайер.
Его установка интегрированного модуля водородного датчика может предотвратить примерно 750 мегаватт потерянной генерирующей мощности и способна ежегодно производить дополнительную четверть миллиарда долларов дохода благодаря генерации чистой электроэнергии.
Путь к верному решению
В поисках решения Глатцмайер вместе с другими исследователями изучал коллекторы на электростанциях, снимая инфракрасные изображения приемников, чтобы контролировать температуру стеклянных втулок, которые окружают трубки, транспортирующие нагретую жидкость.
Исследователи поняли, что теплоносители могут выделять газообразный водород, который может протекать через стальные трубы. При этом водород является хорошим проводником тепла. Неожиданно высокая температура поверхности стекла дала первый ключ к разгадке. В итоге исследователи определили причину потери тепла, но выявить проблему накопления водорода оказалось гораздо проще, чем разработать решение для ее устранения.
Рассматривая различные варианты решения проблемы, Глатцмайер понял, что если водород будет удален, то это должно быть сделано в одном месте. Он сосредоточил свое внимание на расширительных баках, которые удерживают всю теплоносительную жидкость, которая не находится в циркуляции.
Вычислительная модель для определения скорости извлечения водорода
В результате, благодаря многочисленным исследованиям, Глатцмайер разработал пошаговое решение проблемы и впервые построил вычислительную модель для определения скорости извлечения водорода, необходимую для поддержания приемлемых концентраций этого элемента в циркулирующем теплоносителе.
Затем он создал водородный датчик, который мог производить измерения концентрации газа каждые одну-две минуты. Полномасштабный интегрированный модуль датчика-сепаратора водорода был подготовлен и внедрен на заводе Acciona's Nevada Solar One CSP. Текущие оценки показывают, что он успешно функционирует в соответствии с разработанным планом.
