Технология приемника падающих частиц привлекательна тем, что она может эффективно улавливать и сохранять тепло при более высоких температурах без разрушения, что является проблемой для обычных расплавленных солей. Приемник падающих частиц, разработанный в Sandia, сбрасывает керамические частицы, похожие на песок, через луч концентрированного солнечного света, улавливает и хранит нагретые частицы в изолированном контейнере внизу. Технология позволяет работать при температуре около 1000 градусов по Цельсию.
Такие высокие температуры приводят к большей доступности энергии и более низким затратам на хранение, поскольку при более высоких температурах требуется меньше теплопередающего материала.В системах центрального приемника используются зеркала для концентрации солнечного света на цели, обычно на жидкости, для выработки тепла, которое приводит в действие турбину и генератор для выработки электроэнергии. В настоящее время КПД таких систем составляет около 40%. Приемник падающих частиц обеспечивает более высокие температуры и может работать с более высокотемпературными энергетическими циклами, которые могут достигать эффективности 50 процентов или более.
«Наша цель — разработать прототип приемника падающих частиц, чтобы продемонстрировать потенциал более чем 90-процентного теплового КПД, достичь температуры частиц не менее 700 градусов по Цельсию и быть конкурентоспособными», — сказал главный исследователь проекта, инженер Sandia Клифф Хо. «Комбинация этих факторов значительно улучшит производительность системы и снизит стоимость хранения энергии для крупномасштабного производства электроэнергии».Проект финансируется до 4 миллионов долларов США в рамках инициативы SunShot Министерства энергетики, которая направлена на снижение затрат на производство солнечной энергии и создание условий для широкого использования концентрированной солнечной энергии и фотоэлектрических элементов.Технология приемника падающих частиц была первоначально изучена в 1980-х годах, и исследователи Sandia работают над решением проблем, которые препятствовали более широкому принятию этой концепции.
Среди проблем — уменьшение потерь частиц, поддержание стабильности падающих частиц, увеличение времени пребывания частиц в концентрированном пучке и уменьшение потерь тепла в полости приемника.Хо и его коллеги из Sandia работали над решением этих проблем, изучая эффект дополнительной воздушной завесы, создаваемой рядом сопел, которые помогают частицам стабильно падать и уменьшают конвективные потери.
Регулировка размера частиц и способа сбрасывания песка также помогла, поскольку большая часть песка нагревается за один проход и попадает в сборный бункер внизу. Исследователи также изучают преимущества использования лифта для повторной рециркуляции частиц через отверстие для повышения их температуры.«Благодаря нашим уникальным возможностям в Национальном центре солнечных тепловых испытаний у нас есть возможность разрабатывать прототипы оборудования и тестировать смоделированные нами концепции, которые включают такие инновации, как рециркуляция воздуха и рециркуляция частиц.
Расширенные вычисления позволяют нам выполнять сложные симуляции приемник падающих частиц, чтобы понять критические процессы и поведение ", — сказал Хо. «Мы очень воодушевлены нашим прогрессом и с нетерпением ждем дальнейшего развития этой полезной технологии».Ожидается, что технология приемника падающих частиц приведет к появлению систем опорных башен, способных вырабатывать до 100 мегаватт электроэнергии.
Проект находится на первом из трех лет, а готовый к испытаниям проект ожидается в 2015 году.