Legure na bazi nikla i nehrđajući čelici koji sadrže nikl igraju ključnu ulogu u novoj vrsti obnovljive energije koja se naziva solarna termalna energija ili koncentrirana solarna energija (CSP).
Upotreba ovih materijala omogućila je industriji da prevlada izazove u tehnologiji prijenosa i skladištenja topline i, za projekte s projektnim vijekom od 40 godina ili više, može pomoći u smanjenju degradacije materijala ili troškova zamjene.
Prema Međunarodnoj agenciji za energiju (IEO 2017), između 2015. i 2040., potrošnja obnovljive energije (uključujući CSP) će rasti po godišnjoj stopi od 2,3 posto. U svijetu trenutno postoji više od 40 solarnih termoelektrana, a više od 20 takvih elektrana je u fazi planiranja ili izgradnje. Oni se obično nalaze u područjima sa visokim sunčevim zračenjem, kao što su Španija, Indija, Južna Afrika, Kina, Čile, Australija, Bliski istok i Severna Afrika (MENA) i južne Sjedinjene Američke Države.
Demonstracione CSP elektrane su radile još 1980-ih godina. Od tada je napravljen veliki napredak u prikupljanju i skladištenju energije. Solarni toranj je novorazvijena tehnologija koncentriranja u kojoj se rastopljena sol koristi kao fluid za prijenos topline. Temperatura topljenja mešavine nitrata je uglavnom 130 stepeni (268 stepeni F) ili više. Oni ostaju u tečnom obliku u izolovanim rezervoarima za skladištenje na temperaturama od 288 stepeni (550 stepeni F). Tečna so se zatim pumpa kroz cev u solarni prijemnik i zagreva koncentrisanim zračenjem do temperature do 566 stepeni (1050 stepeni F). Visokotemperaturna tečnost se zatim dovodi u rezervoar za skladištenje visoke temperature. Rezervoar za skladištenje visoke temperature je takođe izolovan i može dugo da skladišti toplotnu energiju.
Skladištenje termalne električne energije (TES) se koristi za kompenzaciju promjena u potražnji i uvjetima okoline. Otopljena sol se pumpa u generator pare prema potrebi za stvaranje pare za pogon konvencionalnih turbina i generatora. TES ima jedinstvene prednosti u odnosu na druge velike obnovljive izvore energije, a u nekim slučajevima ne zahtijeva čak ni rezervno gorivo za proizvodnju energije. U ljeto 2013. godine, sistem tornjeva od rastopljene soli u Španiji proizvodio je kontinuiranu struju 24 sata dnevno tokom 36 dana - prvi put ikada.
Crescent Dunes je jedna takva elektrana u pogonu. Smješten u Tonopahu, Nevada, u pustinji sjeverno od Las Vegasa, ima neto proizvodni kapacitet od 110 megavata i TES vrijeme od 10 sati. To znači da elektrana može proizvoditi električnu energiju punim kapacitetom do 10 sati tokom perioda najveće potražnje. Više od 10,000 heliostata odbija sunčevu svjetlost i koncentriše energiju na prijemniku na vrhu tornja od 200-metar (640-stopa). Svaki heliostat se sastoji od malih ogledala ukupne površine 115,7 kvadratnih metara (1245 kvadratnih stopa). Ukupna površina za prikupljanje svjetlosti prelazi 1,2 miliona kvadratnih metara (12 miliona kvadratnih stopa). Od svog komercijalnog lansiranja 2015. godine, Crescent Dunes je proizveo više od 173 gigavata električne energije, dovoljno da zadovolji vršnu potražnju za električnom energijom u procijenjenih 75,000 domova. Solarni tornjevi i CSP-ovi otopljene soli čine osnovu dizajna za nove planirane projekte u Južnoj Africi, Australiji i Nevadi. Projekat Redstone od 100 MW u Južnoj Africi će zadovoljiti vršne potrebe za električnom energijom za oko 200,000 domaćinstava uz TES vrijeme od 12 sati. Veliki novi projekat u Nevadi ima 10 solarnih tornjeva sa proizvodnim kapacitetom od 2 gigavata (2,000 megavata).
Upotrebanehrđajući čelikilegure niklaomogućio je sisteme visoke temperature, gdje je rukovanje rastopljenim solima ranije predstavljalo izazov. Dizajneri i inženjeri počeli su da prave cijevi prijemnika od legura na bazi nikla, kao što su UNS N06617, N06625 i N06230, jer im je bilo potrebno da održe čvrstoću na visokim temperaturama u dužem vremenskom periodu -- svojstvo poznato kao otpornost na puzanje. Ove legure su stabilne na radnim temperaturama uglavnom zbog visokog sadržaja nikla i otpornosti na oksidaciju.
Nerđajući čelik tipa 347H (S34709) se koristi za rezervoare za skladištenje na visokim temperaturama.
Od 2016. godine, ukupni instalirani kapacitet CSP-a širom svijeta dostigao je 4.815 MW. Španija je 2017. godine imala 2.300 MW instaliranih kapaciteta u radu, skoro polovinu ukupnog svetskog. Sjedinjene Države imaju instalirani kapacitet od 1.740 MW i imaju dva najveća projekta na svijetu: solarnu elektranu Avenpa (392 MW) i solarni projekat Mojave (354 MW).
Crescent Dunes, koji se nalazi u pustinji sjeverno od Las Vegasa, Nevada, ima neto kapacitet proizvodnje električne energije od 110 megavata i TES vrijeme od 10 sati. To znači da elektrana može proizvoditi električnu energiju punim kapacitetom do 10 sati tokom perioda najveće potražnje.
Tehnologija koncentriranja solarnog tornja
1. Sunčeva svjetlost je koncentrisana kroz veliko polje heliostata i reflektuje se do prijemnika na vrhu tornja od 195-metar (640-stopa); 2. Tečna so iz rezervoara za hladnu so se pumpa u prijemnik i zagreva na 566 stepeni (1050 stepeni F); 3. Zagrijana sol u prijemniku se skladišti u rezervoaru vruće soli; 4. Vruća so se pumpa u rezervoar vruće soli kroz generator pare da bi se formirala para, koja pokreće parnu turbinu da proizvodi električnu energiju; 5. Hladna so na 288 stepeni (550 stepeni F) teče nazad u rezervoar za hladnu so; 6. Kondenzirana para iz parne turbine se više puta reciklira.
