Els aliatges a base de níquel i els acers inoxidables que contenen níquel tenen un paper clau en un nou tipus d'energia renovable anomenada energia solar tèrmica o energia solar concentrada (CSP).
L'ús d'aquests materials ha permès a la indústria superar els reptes de la tecnologia de transferència i emmagatzematge de calor i, per a projectes amb una vida útil de disseny de 40 anys o més, pot ajudar a reduir la degradació del material o els costos de substitució.
Segons l'Agència Internacional de l'Energia (IEO 2017), entre el 2015 i el 2040, el consum d'energia renovable (inclosa la CSP) creixerà a un ritme anual del 2,3 per cent. Actualment hi ha més de 40 centrals solars tèrmiques a tot el món, i més de 20 d'aquestes plantes estan en fase de planificació o construcció. Acostumen a situar-se en zones d'alta irradiància solar, com Espanya, Índia, Sud-àfrica, Xina, Xile, Austràlia, Orient Mitjà i Nord d'Àfrica (MENA) i el sud dels Estats Units.
Les centrals elèctriques CSP de demostració estaven en funcionament ja als anys vuitanta. Des de llavors, s'ha avançat molt en la recollida i l'emmagatzematge d'energia. La torre solar és una tecnologia de concentració recentment desenvolupada en la qual s'utilitza sal fosa com a fluid de transferència de calor. La temperatura de fusió de la barreja de nitrats és generalment de 130 graus (268 graus F) o superior. Es mantenen en forma líquida en dipòsits d'emmagatzematge aïllats a temperatures de 288 graus (550 graus F). A continuació, la sal líquida es bombeja a través d'una canonada cap a un receptor solar i s'escalfa per radiació concentrada a temperatures de fins a 566 graus (1.050 graus F). A continuació, el líquid a alta temperatura s'alimenta a un dipòsit d'emmagatzematge a alta temperatura. El dipòsit d'emmagatzematge d'alta temperatura també està aïllat i pot emmagatzemar energia tèrmica durant molt de temps.
L'emmagatzematge tèrmic d'electricitat (TES) s'utilitza per compensar els canvis en la demanda i les condicions ambientals. La sal fosa es bombeja a un generador de vapor segons sigui necessari per generar vapor per accionar turbines i generadors convencionals. TES té avantatges únics sobre altres fonts d'energia renovables a gran escala i, en alguns casos, ni tan sols requereix combustible de generació d'energia de reserva. L'estiu del 2013, un sistema de torres de sal fosa a Espanya va produir electricitat contínua les 24 hores del dia durant 36 dies, la primera vegada.
Crescent Dunes és una d'aquestes centrals elèctriques en funcionament. Situat a Tonopah, Nevada, al desert del nord de Las Vegas, té una capacitat neta de generació de 110 megawatts i un temps TES de 10 hores. Això significa que la central pot generar electricitat a plena capacitat fins a 10 hores durant els períodes de demanda punta. Més de 10 heliòstats000 reflecteixen la llum solar i concentren l'energia en un receptor situat a la part superior d'una torre de 200-metres (640-peus). Cada heliòstat consta de petits miralls amb una superfície total de 115,7 metres quadrats (1.245 peus quadrats). L'àrea total de recollida de llum supera els 1,2 milions de metres quadrats (12 milions de peus quadrats). Des del seu llançament comercial el 2015, Crescent Dunes ha generat més de 173 gigawatts d'electricitat, suficients per cobrir la demanda màxima d'electricitat d'unes 75 llars000 estimades. Les torres solars i els CSP de sal fosa formen la base de disseny de nous projectes planificats a Sud-àfrica, Austràlia i Nevada. El projecte de Redstone de 100 MW de Sud-àfrica satisfarà la demanda màxima d'electricitat d'unes 200 llars000 amb un temps TES de 12 hores. Un nou projecte massiu a Nevada té 10 torres solars amb una capacitat de generació de 2 gigawatts (2,000 megawatts).
L'ús deacer inoxidableialiatges de níquelha fet possible sistemes d'alta temperatura, on la manipulació de sals foses era abans un repte. Els dissenyadors i els enginyers van començar a fabricar tubs receptors a partir d'aliatges a base de níquel com UNS N06617, N06625 i N06230 perquè necessitaven mantenir la resistència a alta temperatura durant períodes de temps prolongats -- una propietat coneguda com a resistència a la fluència. Aquests aliatges són estables a temperatures de funcionament principalment pel seu alt contingut en níquel i la seva resistència a l'oxidació.
L'acer inoxidable tipus 347H (S34709) s'utilitza per als dipòsits d'emmagatzematge d'alta temperatura.
A partir del 2016, la capacitat instal·lada total dels CSP a tot el món va arribar als 4.815 MW. El 2017, Espanya tenia 2.300 MW de capacitat instal·lada en funcionament, gairebé la meitat del total mundial. Els Estats Units tenen una potència instal·lada de 1.740 MW i compta amb dos dels projectes més grans del món: la Central Solar Avenpa (392 MW) i el Projecte Solar Mojave (354 MW).
Crescent Dunes, situat al desert al nord de Las Vegas, Nevada, té una capacitat neta de generació d'energia de 110 megawatts i un temps TES de 10 hores. Això significa que la central pot generar electricitat a plena capacitat fins a 10 hores durant els períodes de demanda punta.
Tecnologia de concentració de torres solars
1. La llum solar es concentra a través d'un gran camp d'heliòstats i es reflecteix a un receptor situat a la part superior d'una torre de 195-metres (640-peus); 2. La sal líquida del dipòsit de sal freda es bombeja al receptor i s'escalfa a 566 graus (1050 graus F); 3. La sal escalfada al receptor s'emmagatzema en un dipòsit de sal calenta; 4. La sal calenta es bombeja al dipòsit de sal calenta a través del generador de vapor per formar vapor, que impulsa la turbina de vapor per generar electricitat; 5. La sal freda a 288 graus (550 graus F) torna al dipòsit de sal freda; 6. El vapor condensat de la turbina de vapor es recicla repetidament.
