סגסוגות על בסיס ניקל ופלדות אל חלד המכילות ניקל ממלאות תפקיד מפתח בסוג חדש של אנרגיה מתחדשת הנקראת אנרגיה תרמית סולארית או אנרגיה סולארית מרוכזת (CSP).
השימוש בחומרים אלו אפשר לתעשייה להתגבר על אתגרים בטכנולוגיית העברת חום ואחסון, ובפרוייקטים עם אורך חיים עיצובי של 40 שנה או יותר, יכול לסייע בהפחתת השפלה של החומר או עלויות ההחלפה.
לפי סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEO 2017), בין השנים 2015 ל-2040, צריכת האנרגיה המתחדשת (כולל CSP) תגדל בקצב שנתי של 2.3 אחוזים. יש כיום יותר מ-40 תחנות כוח תרמיות סולאריות ברחבי העולם, ויותר מ-20 מפעלים כאלה נמצאים בשלב תכנון או בנייה. הם נוטים להיות ממוקמים באזורים עם קרינת שמש גבוהה, כמו ספרד, הודו, דרום אפריקה, סין, צ'ילה, אוסטרליה, המזרח התיכון וצפון אפריקה (MENA) ודרום ארצות הברית.
תחנות כוח CSP הדגמה פעלו כבר בשנות ה-80. מאז, חלה התקדמות רבה בקצירת ואגירת אנרגיה. המגדל הסולארי הוא טכנולוגיית ריכוז חדשה שפותחה בה מלח מותך משמש כנוזל העברת החום. טמפרטורת ההיתוך של תערובת החנקה היא בדרך כלל 130 מעלות (268 מעלות F) ומעלה. הם נשארים בצורה נוזלית במיכלי אחסון מבודדים בטמפרטורות של 288 מעלות (550 מעלות F). לאחר מכן נשאב המלח הנוזלי דרך צינור לתוך מקלט סולארי ומחומם על ידי קרינה מרוכזת לטמפרטורות גבוהות כמו 566 מעלות (1,050 מעלות F). לאחר מכן, הנוזל בטמפרטורה גבוהה מוזן למיכל אחסון בטמפרטורה גבוהה. מיכל האחסון בטמפרטורה גבוהה מבודד גם הוא ויכול לאגור אנרגיה תרמית לאורך זמן.
אחסון חשמל תרמי (TES) משמש לפיצוי על שינויים בביקוש ובתנאי הסביבה. המלח המותך נשאב לתוך מחולל קיטור לפי הצורך כדי ליצור קיטור להנעת טורבינות וגנרטורים קונבנציונליים. ל-TES יתרונות ייחודיים על פני מקורות אנרגיה מתחדשים בקנה מידה גדול אחרים, ובמקרים מסוימים אפילו לא דורש גיבוי דלק לייצור חשמל. בקיץ 2013, מערכת של מגדלי מלח מותך בספרד הפיקה חשמל רציף 24 שעות ביממה במשך 36 ימים - הפעם הראשונה אי פעם.
Crescent Dunes היא תחנת כוח כזו הפועלת. ממוקם בטונופה, נבאדה, במדבר מצפון ללאס וגאס, יש לו כושר ייצור נטו של 110 מגה וואט וזמן TES של 10 שעות. המשמעות היא שתחנת הכוח יכולה לייצר חשמל בהספק מלא עד 10 שעות בתקופות שיא הביקוש. יותר מ-10,000 הליוסטטים מחזירים את אור השמש ומרכזים את האנרגיה במקלט על גבי מגדל של 200-מטר (640-רגל). כל הליוסטט מורכב ממראות קטנות בשטח כולל של 115.7 מ"ר (1,245 רגל רבוע). שטח איסוף האור הכולל עולה על 1.2 מיליון מטרים רבועים (12 מיליון רגל רבוע). מאז ההשקה המסחרית שלו ב-2015, Crescent Dunes ייצר יותר מ-173 ג'יגה וואט של חשמל, מספיק כדי לעמוד בביקוש השיא לחשמל של כ-75,{17}} בתים. מגדלים סולאריים ו-CSP של מלח מותך מהווים את הבסיס העיצובי לפרויקטים מתוכננים חדשים בדרום אפריקה, אוסטרליה ונבאדה. פרויקט Redstone בנפח 100 מגה-וואט בדרום אפריקה יענה על ביקוש השיא לחשמל של כ-200000 משקי בית עם זמן TES של 12 שעות. לפרויקט חדש ומסיבי בנבאדה יש 10 מגדלים סולאריים בעלי כושר ייצור של 2 ג'יגה וואט (2,000 מגה וואט).
השימוש שלפלדת אל - חלדוסגסוגות ניקלאיפשרה מערכות בטמפרטורה גבוהה, שבה טיפול במלחים מותכים היה בעבר אתגר. מעצבים ומהנדסים החלו לייצר צינורות קולטים מסגסוגות מבוססות ניקל כגון UNS N06617, N06625 ו-N06230 מכיוון שהם היו צריכים לשמור על חוזק בטמפרטורה גבוהה לפרקי זמן ממושכים -- תכונה המכונה עמידות בזחילה. סגסוגות אלו יציבות בטמפרטורות עבודה בעיקר בגלל תכולת הניקל הגבוהה שלהן ועמידותן בפני חמצון.
פלדת אל חלד מסוג 347H (S34709) משמשת למיכלי אחסון בטמפרטורה גבוהה.
נכון לשנת 2016, ההספק המותקן הכולל של CSPs ברחבי העולם הגיע ל-4,815 MW. בשנת 2017, בספרד היו 2,300 MW של קיבולת מותקנת בפעולה, כמעט מחצית מהכלל בעולם. לארצות הברית הספק מותקן של 1,740 מגה-וואט ויש לה שניים מהפרויקטים הגדולים בעולם: תחנת הכוח הסולארית Avenpa (392 מגה-וואט) ופרויקט השמש של Mojave (354 מגה-וואט).
Crescent Dunes, הממוקמת במדבר מצפון ללאס וגאס, נבדה, בעלת יכולת ייצור חשמל נטו של 110 מגה וואט וזמן TES של 10 שעות. המשמעות היא שתחנת הכוח יכולה לייצר חשמל בהספק מלא עד 10 שעות בתקופות שיא הביקוש.
טכנולוגיה לריכוז מגדל סולארי
1. אור השמש מרוכז דרך שדה גדול של הליוסטטים ומוחזר למקלט בראש מגדל של 195-מטר (640-רגל); 2. מלח נוזלי ממיכל המלח הקר נשאב לתוך המקלט ומחומם ל-566 מעלות (1050 מעלות F); 3. מלח מחומם במקלט מאוחסן במיכל מלח חם; 4. המלח החם נשאב לתוך מיכל המלח החם דרך מחולל הקיטור ליצירת קיטור, המניע את טורבינת הקיטור לייצור חשמל; 5. המלח הקר ב-288 מעלות (550 מעלות F) זורם חזרה למיכל המלח הקר; 6. הקיטור המעובה מטורבינת הקיטור ממוחזר שוב ושוב.
