Lepsze chłodzenie w procesach przemysłowych z zasilaniem energią słoneczną
Systemy skoncentrowanej energii słonecznej CSP dosłownie skupiają promienie słoneczne na odbiorniku odpowiedzialnym za przekształcanie energii słonecznej na ciepło. Technologia HyCool wyróżnia się na tle innych technologii CSP tym, że bazuje na użyciu taniego i prostego w montażu liniowego układu Fresnela. Układ ten składa się z dużej liczby zwierciadeł płaskich ustawionych równolegle w rzędach, które działają na zasadzie dużej soczewki Fresnela i maksymalizują zbieranie energii.
Hybryda – pompa z synergią
Głównym celem finansowanego ze środków UE projektu HyCool jest zwiększenie użycia energii słonecznej w procesach przemysłowych. Silvia Jané, koordynatorka projektu HyCool stwierdza: „Opracowaliśmy nowy system kolektorów Fresnela termicznej energii słonecznej (FCSP) z przygotowanymi specjalnie z myślą o nim hybrydowymi pompami ciepła”. „Takie połączenie typu »dwa w jednym« adsorpcji i pomp ciepła korzystających z kompresora skutkuje większym zakresem temperatur wyjściowych, co umożliwia wykorzystywanie energii słonecznej w przemysłowych procesach chłodniczych i grzewczych”, wyjaśnia Jané. Zwiększenie elastyczności konfiguracji systemu ma na celu umożliwienie rozszerzenia zakresu stosowania ciepła pochodzącego z energii słonecznej w procesach przemysłowych o temperaturach z zakresu od 5°C do 240°C. Jané podkreśla: „Dzięki wprowadzeniu szerokiego spektrum konfiguracji projektowych i operacyjnych udało się nam zwiększyć liczbę scenariuszy użycia energii cieplnej pochodzenia słonecznego w środowiskach przemysłowych”. Zaproponowane rozwiązanie usprawnia technologie adsorpcyjne niezbędne do uzyskiwania niskich temperatur, a jednocześnie jest mniejsze i oferuje rozwiązania umożliwiające użycie natychmiast po podłączeniu. Zapewnia także sprawne wdrażanie do współpracy z innymi źródłami konwencjonalnymi, takimi jak energia elektryczna. Dzięki temu ciepło pochodzenia słonecznego znajduje większe zastosowanie w procesach przemysłowych. Ponadto gdy hybrydowe pompy ciepła opracowane w ramach projektu HyCool i napędzane energią słoneczną lub ciepłem odpadowym zostaną wprowadzone do faktycznych przemysłowych procesów termicznych, mogą osiągać sprawność dwukrotnie większą niż w przypadku konwencjonalnych pomp ciepła, co dodatkowo podnosi sprawność całego procesu. Prace nad optymalizacją elementów i ostatecznym projektem pełnowymiarowej modułowej hybrydowej pompy ciepła słonecznego dobiegły końca. Pompa została też wyprodukowana i uruchomiona. Opracowano także protokół charakterystyki właściwości różnych materiałów adsorpcyjnych, uwzględniający między innymi dyfuzyjność termiczną, pojemność cieplną, zachowania adsorpcyjne, właściwości transportowe pary oraz ciepło adsorpcji w różnych temperaturach i przy różnych ciśnieniach. Umożliwi on przeprowadzenie zakrojonej na szeroką skalę kampanii testowania materiałów, dzięki czemu uda się wskazać najlepszych kandydatów do stosowania w faktycznych rozwiązaniach.
Energetyczni zwycięzcy w sektorach przemysłowym i spożywczym
„Największym wyzwaniem, przed jakim stanęliśmy podczas realizacji projektu HyCool, było uzyskanie właściwej konfiguracji w dwóch modelach pilotażowych skonstruowanych zgodnie z pierwszym projektem modułowej pompy ciepła i układów hydraulicznych oraz z uwzględnieniem specyfikacji każdej z instalacji demonstracyjnych”, uzupełnia Jané. Po wykonaniu tego przełomowego kroku autorzy projektu mogli przystąpić do działań terenowych i zademonstrować pełen wachlarz profili energetycznych. W hiszpańskim zakładzie produkcyjnym należącym do partnera konsorcjum, firmy Givaudan zajmującej się wytwarzaniem substancji smakowych i zapachowych, rozwiązanie HyCool jest już stosowane w kilku procesach wymagających ogrzewania lub chłodzenia. Obecna instalacja chłodząca w zakładach Givaudan wykorzystuje wodno-glikolową chłodnicę ewaporacyjną, aby utrzymać wodę wchodzącą do obiegu wody pomp próżniowych w temperaturze 7 °C. Jej zapotrzebowanie termiczne wynosi 125,5 kW. „W omawianych przypadkach zastosowania dzięki wdrożeniu technologii HyCool zapotrzebowanie elektryczne chłodnicy kompresyjnej zostanie zmniejszone o odpowiednio 29 % (wiosną) i 44 % (latem)”, mówi Jané. Zysk sprawności jest jeszcze większy, jeśli porówna się go ze zwykłymi systemami chłodzenia. Kolejne rozwiązanie prototypowe prezentuje zastosowanie koncepcji HyCool w wyspecjalizowanych małych zakładach przemysłu spożywczego. Potrzeby chłodnicze w zachodzących tam procesach zostaną sprawdzone w zakładzie Bo de Debò SL w Hiszpanii. W tym przypadku przemysłowa instalacja chłodnicza jest wykorzystywana podczas przygotowywania wstępnie gotowanych świeżych potraw. Działa w różnych konfiguracjach: obszar produkcji żywności jest utrzymywany w temperaturze 6–8 °C, natomiast w obszarze dostawczym ma panować temperatura w zakresie 10–12 °C. Rozwiązanie HyCool ma wszelkie środki, by zmienić na zawsze wykorzystanie energii słonecznej w przemyśle europejskim. To samo odnosi się do „bliźniaczego” projektu SHIP2FAIR finansowanego przez UE, którego koniec jest planowany na marzec 2022 r. Rozwój w tym zakresie koncentruje się przede wszystkim na potrzebach grzewczych przemysłu spożywczego i rolnictwa. Wyniki prac są prezentowane i oceniane w różnych procesach, w tym podczas destylacji alkoholu (Martini & Rossi), obróbce mięsa (Larnaudie), gotowaniu cukru (grupa RAR) oraz fermentacji i stabilizacji wina (RODA). Wyznaczony cel to zaspokojenie 40 % zapotrzebowania na ciepło za pomocą energii słonecznej.
Słowa kluczowe
HyCool, ciepło słoneczne, procesy przemysłowe, chłodzenie, CSP, ogrzewanie, skoncentrowana energia słoneczna, hybrydowa pompa ciepła