מבוא ל-Hick Transfer Fluids in Gethermal Systems

אנרגיה גיאותרמית גבוהה - הנמשכת ממאגרים בטמפרטורות מעל 150 מעלות צלזיוס - מציעה מקור קבוע, נמוך פחמן של חשמל חום ישיר וחום ישיר.יעילות וכדאיות כלכלית של מערכות כאלה תלויה באופן ביקורתי על נוזל העברת החום (HTF) הנושא אנרגיה תרמית ממעמקי האדמה ועד פני השטח. במהלך העשור האחרון, החוקרים והמהנדסים עשו צעדים משמעותיים בפיתוח HTFs המסוגלים לפעול באופן אמין בטמפרטורות קיצוניות, ולבחון את הביצועים המשתנים של מערכת ה-HTF, ומתקדמים, באופן כללי, ומתקדמים, ומתקדמים, ומתקדמים, ומתקדמים יותר ויותר.

צמחי כוח גאוותרמאליים, במיוחד אלה המשתמשים במערכות גיאותרמיות משופרות (EGS) או מאגרים הידרותרמיים עמוקים, דורשים HTFs שיכולים לעמוד בטמפרטורות מעל 200 מעלות צלזיוס - ולפעמים 400 מעלות צלזיוס או יותר - ללא דהרדינג.נוזלים מסורתיים כגון מים, קיטור, ושמנים אורגניים סינתטיים שירתו את התעשייה היטב, אבל המגבלות שלהם הובילו חיפוש עבור זרמי סיליקון הבאים.

תפקיד קריטי של גלי העברת חום במערכות גיאותרמיות

במפעל כוח גיאותרמאל, HTF זורם דרך המאגר, סופג חום, ולאחר מכן מעביר אותו נוזל עבודה (לעתים קרובות מחזור דירוג אורגני או טורבינות קיטור) יציבות תרמי של נוזל, יכולת חום, צמיגות, והתאמה כימית עם סלעים וחומרים פירעון משפיעים ישירות על תפוקת הכוח הנקי של הצמח ועל החיים התפעוליים.

מעבר לתהליכי כוח, HTFs בטמפרטורה גבוהה מועסקים גם ביישומים שימוש ישיר כגון חימום מחוזי, ייבוש תעשייתי והתחממות חממה. בהגדרות אלה, הנוזל חייב לשמור על ביצועים לאורך תקופות ארוכות, לעתים קרובות עם שינויים טמפרטורה מינימלית בין המקור לשימוש קצה. אותו נוזל יכול לשמש גם כמדיום אחסון תרמי, המאפשר חום להיות מוקרן עבור תקופות של ביקוש גבוה.

התקדמות חדשה ב HTF Technologies

מחקר ופיתוח בחמש עד עשר שנים האחרונות יצרו מספר כיתות HTF מבטיחות שמטפלים בחולשות מפתח של נוזלים קונבנציונליים.למטה אנחנו דנים בשלוש קטגוריות עיקריות: נוזלים מבוססי סיליקון, מלחים מלוטנים וננופלואידים, יחד עם חידושים אחרים כגון פחמן דו-חמצני קריטי (sCO2) ונוזלים איטוניים.

שפעת מבוססת הסיליקון

נוזלים הסיליקון - במיוחד פולידי מתילסקסוסין (PDMS) ותרכובות אחרות של אוברסליקון - זכו לתשומת לב ליציבות התרמית יוצאת הדופן שלהם וחוסר נטיות כימיות.בניגוד לנפטי פחמן קונבנציונליים, סיליקון לא בקלות מחמצן או לשבור בטמפרטורות עד 300 מעלות צלזיוס או גבוה יותר.הלחץ הנמוך שלהם מקטין את הסיכון של הפסדים evaporative, וניתן להשתמש בהם בירידה מינימלית של סיליקון, לאחר אלפי שעות טיפול בתאונות דרכים, 000 סיליקון, לאחר סיליקון, לאחר סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, לאחר סיליקון נמוך, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון נמוך, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון, 000 סיליקון נמוך יותר.

עם זאת, סיליקון יקרים יותר מאשר שמנים מסורתיים, ואת מוליכות תרמי שלהם נמוך יחסית - נסיגה שניתן להפחית על ידי הוספת ממלאים התנהגותיים או באמצעות ניסוחים ננו-fluid (התעלם מתחת). בנוסף, נוזלים סיליקון חייבים להיות חתומה בזהירות כדי למנוע לחות בהתקפה, אשר יכול לגרום הידרוליזה והפסד של ביצועים.למרות מגבלות אלה, כמה יצרנים מציעים כעת סיליקון מבוסס HTF עבור מטרות מתקדמות במיוחד כדי להפחית את העלות הגיאוגרפית, תוך כדי שיפור מוקדם יותר, באופן ספציפי.

מלחים מולטן

מלחים מולטן, כגון תערובת מבוסס ניטרי (למשל, מלח סולארי - 60% NNO3, 40% KNO3) ונוסחאות מבוססות כלור, שימשו במשך עשרות שנים בכח סולארי מרוכז (CSP) וכעת הם מותאמים ליישומים גיאותררמיים.קיבולת החום הגבוהה שלהם ויכולת להישאר נוזלי בטמפרטורות מעל 400 מעלות צלזיוס להפוך אותם אידיאליים עבור אחסון חום ורחום וחום.

(בשימוש ספציפי גיאותרמאל, האתגרים העיקריים הם קורוזיה - במיוחד עם מלחים chloride - ואת נקודת התכה גבוהה (לעיתים קרובות מעל 220 מעלות צלזיוס), הדורשת חימום צינורות וטנקים כדי למנוע הגשמה.ההתפתחויות האחרונות להתמקד בתערובת מלח נצחי או quaternary מלח כי מורידים את נקודת ההמיסה תוך שמירה על יציבות תרמית, כגון ניסוחים מבוססי סידן-טסטרד אשר מתחת ל-F החדש הפגינומי (R) הפחתת כמות של סגסוגת מחדש של 1F) כמו גם כן, כמו גם על פני סגסוגת של 1F) סגסוגת מחדש של 1F) סגסוגת מחדש של מחזורית (R.

ננואידים

ננואידים הם נוזלי העברת חום קונבנציונליים (מים, שמנים, או אפילו מלחים מלוטנים) שבו חלקיקים - בדרך כלל תחמוצות מתכתיים (אל2O3, CuO), פחמן דוטרופיות (graphene, צינורות פחמן), או קרמיקה - מושעה בריכוזים נמוכים (בדרך כלל 0.1% עד 2 אחוזים על ידי נפח).

מחקרים מעבדה הראו כי ננופלואידים שומרים על הנכסים המוגברת שלהם גם לאחר רכיבה על אופניים תרמיים חוזרים, למרות יציבות ארוכת טווח - מניעת זיהום ומשקעים - נשאר דאגה. Surfacefunctionization של חלקיקים עם גולשים או ציפוי פולימר יכול לשפר את הפיזור, אבל תוספים אלה עשויים להפחית את היעילות הגיאוגרפית של צמיגים שאינם מטבוליים, כמו גם על ידי ncretramedine-Fidemic%, כגון מחקרים המבוססים על פני השטח של פחות על פני השטח של ânbnbnbnbsp; 000 â € 023.

Super Critical Carbon Dioxide (SCO2)

דו תחמוצת הפחמן העל-קריירה (CO2 בטמפרטורות ולחצים מעל 31 מעלות צלזיוס ו-73.8 בר) מתפתחת כחלופה מבטיחה HTF ונוזל עבודה עבור מערכות גיאותרמיות בטמפרטורה גבוהה. כי ל- sCO2 יש צפיפות גבוהה ומהירויות נמוכות, ניתן לשאיבה יותר מאשר קיטור, ויכולתו להיות מחוממות לטמפרטורות גבוהות מאוד (מעבר ל -500 מעלות צלזיוס) ללא שינוי מתאים לנתיבים פחמן, אפילו פחמן-CO2 ליטרים, אפילו פחמן, כמו גם כן, כמו גם פחמן- פחמן-חמצני.

מספר אבטיפוס sCO2 גיאוגרפי מחזורי כוח הם בפיתוח, עם מחלקת האנרגיה של ארה"ב (DOE) מימון פרויקטים כמו ה-Gethermal Energy Program EvolutionFLT:1 .המכשולים העיקריים כוללים את הצורך דחוסים מיוחדים מאוד וחילופי חום שיכולים לעמוד בלחץ גבוה, ואת הפוטנציאל עבור קורוזיה כאשר CO2 משלבת את היתרונות פחמן דו-חמצני, עם יעילות סביבתית גבוהה ביותר של פחמן דו-חמצני.

נוזל איטוני

נוזלי איטוני (ILs) - מלחים נוזליים או ליד טמפרטורת החדר - נחקרו כ- HTF עבור יישומים גיאותרמית בשל לחץ מפואר רשלני שלהם, יציבות תרמית גבוהה (לעיתים קרובות מעל 300 מעלות צלזיוס), וכימיה טונהבל. על ידי בחירת כתמים מתאימים ו anions, החוקרים יכולים להתאים את עצמם לרמה נמוכה, קיבולת חום גבוהה, ומינימום קורוזיות הוכחואלית.

למרות היתרונות האלה, העלות הגבוהה של סינתזה גבוהה נוזלים אי דיוק וחוסר ודאות לגבי גורלם הסביבתי האטה אימוץ מסחרי. מחקרים אחרונים להתמקד על פתרונות ביו-דריביים או עמוקים-בינוניים (DES) - שיעור קשור של נוזלים - שהם זולים יותר וניתן למדידה ביולוגית יותר.

אתגרים: קורוזיה, יציבות והשפעות סביבתיות

בעוד ששיעורי HTF החדשים מציעים שיפורים משמעותיים, הם גם מביאים את מערך האתגרים שלהם שיש לפתור לפני שפריסת גיאותרמית נרחבת יכולה להתרחש.

תהלוכה גבוהה קורוזיה

קורוזיה של שמיכות טובות, פישוט, וחילופי חום היא אחת הבעיות הקריטיות ביותר.שילוב של טמפרטורה גבוהה, מלחים מומסים או חומצות, ולפעמים נוכחות של H2S או CO2 יכול להאיץ את שערי קורוזיה לרמות בלתי מתקבלות על הדעת.מול מלחים chloride, במיוחד, הם אגרסיביים כלפי רוב ⁇ הנפוצים, אלא אם רמות החמצן נשלטות בקפידה על ידי החוקרים.

עבור ננופולדים, חלקיקים עצמם יכולים לפעמים לפעול כמו חלקיקים פנימיים, הגדלת שחיקה ב bends ו שסתום. בחירה קפדנית של חלקיקים מורפולוגיה (spherical vs.let) והשימוש חלקיקים רכים, מפוענים עשוי להפחית את הסיכון הזה.במקרה של sCO2, נוכחות המים מובילה לקורוזיון חומצי פחמן, אשר ניתן לשלוט על ידי שמירה על ידי תוכן מתחת ל 50 מ"ר ו- prosion.

Thermal Stability and Long-Term Performance

אפילו הנוזלים הטובים ביותר מתפוגגים עם הזמן כאשר נחשפים לטמפרטורות גבוהות, המוביל להיווצרות של פיקדונות (ממוקד), שינויים בקוצר רוח, ואובדן ביצועים תרמיים.עבור נוזלים סיליקון, המנגנון העיקרי הוא חמצון, אשר ניתן להאט על ידי הפעלה תחת שמיכה גזית.מולטן מלחים יכול לעבור תנודה תרמית אם הם מעל פני השטח של העיצוב שלהם, לייצר לעתים קרובות תחמוצת לוואי חנקן, כמו נוזל חנקן.

ננואידים מתמודדים עם בעיות יציבות: במשך חודשים או שנים של פעולה, חלקיקים עשויים להתגאות לתוך אשכולות גדולים יותר אשר מיישבים או clog צרי זרימה מעברים משטח שינויים והשימוש בייצוב אלקטרוסטטי יכול לשפר את תוחלת החיים של השעיה, אבל אין פתרון אוניברסלי למגוון רחב של טמפרטורה וכימיה שנמצאו במאגרים גיאותרמיים.

דאגות סביבתיות ותקנות

כל HTFs חייב בסופו של דבר להיות מנוהל בסוף חייהם. שמנים סינתטיים אגורה להטיל רעילות ונושאי סילוק, בעוד כמה נוזלי ionic הראו כיטוקיות באורגניזמים מימיים.מלחים מולטן הם בדרך כלל פחות מזיקים, אבל הודעות מקריות לתוך הסביבה יכול לגרום אדמה וסליניזציה מים. CO2, אם נתפס ממקורות תעשייתיים, עדיין עשויים להכיל עקבות מתפתח כי יכול להיות בעייתיים של כל אחד האזורים הגיאוגרפיים עדיין להעריך את ההשפעות של חומרים רגולטוריים.

יתר על כן, ייצור של נוזלים חדשים - במיוחד ננופלואידים ונוזלים איטוניים - יכול להיות רגיש באנרגיה, שעלול להדוף כמה מהיתרונות האקלימיים.התעשייה נעה לכיוון נתיבי סינתזה ירוקה יותר, כגון שימוש במבשרים המבוססים על ביולוגית עבור נוזלים איטוניים ומחזור חלקיקים מנוזלים מבזבזים.

כיוונים עתידיים למחקר

כדי לפתוח את הפוטנציאל המלא של אנרגיה גיאותרמית בטמפרטורה גבוהה, הדור הבא של HTFs יהיה צורך להיות מותאם לתנאי מאגר ספציפיים תוך צמצום עלות וטביעת רגל סביבתית.

מערכות Fluid

שילוב החוזקות של HTFs שונים - לדוגמה, באמצעות לולאה מלח מלוטש לאחסון תרמי לולאה SCO2 עבור ייצור חשמל - יכול להתאים את הביצועים הכללי של הצמח. מערכות בקרה מתקדמות יש לנהל את האינטראקציות בין שתי הלולאות, איזון מיצוי חום, אחסון ודור. תצורה היברידית כזו נחקרת במפעלים היברידיים CSP-gemal אחרים, ופרויקטים מסחריים ראשונים צפויים על ידי 2020.

מודלים מתקדמים

סימולציות מולקולריות ולמידה של מכונה מאיצים את התגלית של פורמולות נוזלים חדשות.במקום משפט וטרור, החוקרים יכולים למסך אלפי שילובים פוטנציאליים של חלקיקים חלקיקים עבור מוליכות תרמית, קוצר רוח, וטמפרטורה דה-קומפוזיציה.

מוטציות וסטנדרטיזציה

בעוד תוצאות המעבדה מבטיחות, הסביבה בעולם האמיתי עם הלחץ הגבוה שלה, גיאוכימיה תגובתית, ו היווצרות ביופילות ביו-סרט (עבור לולאות טמפרטורות נמוכות יותר) יכולה לייצר כישלונות בלתי צפויים. פרויקטים הדגמה בראשות התעשייה, לעתים קרובות בשותפות עם מעבדות לאומיות, הם חיוניים כדי לאמת את הביצועים של HTF מתקדמות על פני תקופות מרובות שנים. סטנדרטיזציה של שיטות בדיקה ופרוטוקולים של דוחות יעזור להשוות טכנולוגיות שונות ולבנות בין משקיעים רגולטורים.

שילוב עם טכנולוגיות גאוותרמיות

כמו טכנולוגיה גיאותרמית מרחיבה מעבר למשאבים הידרותרמיים מסורתיים הכוללים EGS, סגלופ סגור (מערכות גיאוותרמית מתקדמות), וסלע סופר חם (>370 ° C) משאבים, הדרישות של HTF יגדלו באופן דרמטי.עבור סלע סופרט, נוזלים צריכים לשרוד טמפרטורות של 400-600 מעלות צלזיוס תוך מתן העברת חום יעילה.

מסקנה

ההתקדמות בנוזלי העברת חום הם מרכזיים להרחבת האנרגיה הגיאו-תרמית של סיליקון ומלחים מלוטנים לנונופלואידים ו CO2 קריטיים, כל טכנולוגיה מציעה יתרונות ייחודיים ומול אתגרים נפרדים.הטרפליטה של המחקר הוא ברור: נוזלים חייבים להפוך להיות יותר עמידים חום, פחות קורוזי, ארוך יותר, ארוך יותר, ועמיד פנים אתגרים סביבתיים יותר להיות גמישים על ידי פיתוח, כוח חזק יותר, עיצוב יעיל יותר, כוח, כוח חזק יותר, מסוגל להתגבר על פני שטח יציב, עיצוב יעיל יותר, עיצוב יעיל יותר, עיצוב יעיל יותר, עיצוב יעיל יותר, עיצוב יעיל יותר, עיצוב יעיל יותר, עיצובי כוח.