Scambiatori di calore nel settore delle nuove energie

Applicazione e innovazione tecnologica degli scambiatori di calore a fascio tubiero nel settore delle nuove energie

Nel mezzo dell’ondata globale di transizione energetica, la nuova industria energetica, con al centro l’energia eolica, il fotovoltaico, l’energia dell’idrogeno, l’energia geotermica, ecc., sta guidando la trasformazione della struttura energetica verso la pulizia e la bassa carbonizzazione.

Essendo apparecchiature fondamentali nel campo dello scambio di calore industriale, gli scambiatori di calore a fascio tubiero, basandosi sulle loro caratteristiche come efficiente trasferimento di calore, resistenza alle alte temperature e alle alte pressioni e forte adattabilità, hanno dimostrato un valore applicativo unico nel nuovo campo energetico.

Questo articolo analizzerà il loro ruolo chiave nel nuovo settore energetico da tre aspetti: principi tecnici, scenari applicativi tipici e direzioni di sviluppo futuro.

Gli scambiatori di calore a fascio tubiero ottengono lo scambio di calore attraverso il flusso in controcorrente del fluido caldo all'interno dei tubi e del fluido freddo sul lato mantello, con i vantaggi principali riflessi nei seguenti aspetti:

Meccanismo di trasferimento del calore ottimizzato: il design in controcorrente è adottato per migliorare l'efficienza del trasferimento di calore e, combinato con tecnologie di miglioramento del trasferimento di calore come turbolatori a spirale e tubi alettati, l'intensità della turbolenza viene notevolmente aumentata. Ad esempio, un'impresa di energia eolica ha aumentato del 30% il coefficiente di trasferimento del calore del sistema di raffreddamento dell'olio e ha ridotto il consumo energetico delle apparecchiature del 15% inserendo turbolatori a spirale nei tubi.

Adattabilità strutturale: i progetti strutturali come i tubi a U-e i tipi di testa-flottante possono adattarsi a condizioni di lavoro con-differenza di temperatura-elevata. Ad esempio, negli scenari di condensazione del vapore ad alta-temperatura nella produzione di energia dall'idrogeno, il design della piastra tubiera singola con tubo a U-riduce i punti di perdita, con una capacità di carico-di pressione fino a 10 MPa.

Innovazione dei materiali: per i fluidi speciali nel nuovo campo energetico vengono utilizzati materiali resistenti alla corrosione-come l'acciaio inossidabile duplex e le leghe di titanio. Ad esempio, negli impianti di desalinizzazione dell'acqua di mare, la resistenza alla corrosione degli ioni cloruro degli scambiatori di calore in acciaio inossidabile duplex è 3 volte quella del 316L, con una durata di oltre 20 anni.

1.Settore dell'energia eolica: chiave per la gestione termica delle apparecchiature

Nelle moderne turbine eoliche, i componenti principali come i convertitori di frequenza e i generatori hanno un urgente bisogno di dissipazione del calore. Gli scambiatori di calore a fascio tubiero raggiungono un controllo preciso della temperatura tramite sistemi di raffreddamento ad acqua-o ad olio-:

Raffreddamento del generatore: un'impresa di energia eolica utilizza scambiatori di calore a testa flottante- per trasferire il calore dall'interno del generatore al sistema dell'acqua di raffreddamento, garantendo che l'apparecchiatura funzioni a una temperatura stabile inferiore a 60 gradi e riducendo il tasso di guasto del 40%.

Protezione del convertitore di frequenza: nel circuito di raffreddamento dei convertitori di frequenza, gli scambiatori di calore adottano un design a convezione forzata per controllare la temperatura dei moduli IGBT entro un intervallo di sicurezza, prolungando la durata dell'apparecchiatura di 3-5 anni.

2. Settore dell'energia solare: componenti fondamentali per la conversione dell'energia termica

Nei sistemi a energia solare concentrata (CSP), gli scambiatori di calore a fascio tubiero svolgono un ruolo chiave nella raccolta, trasmissione e stoccaggio dell'energia termica:

Trasmissione di energia termica: una centrale elettrica CSP utilizza scambiatori di calore con tubi compositi ceramici rivestiti in carburo di silicio-, in grado di resistere a temperature elevate di 1200 gradi. Questi scambiatori trasferiscono in modo efficiente l'energia termica generata dai collettori di radiazione solare al sistema di accumulo del calore a sali fusi, con un tasso di perdita di calore inferiore al 5%.

Sistema di accumulo del calore: nel processo di accumulo del calore a sali fusi, gli scambiatori di calore realizzano un utilizzo del calore in cascata attraverso un design a passaggio multi-tubo-, aumentando l'efficienza di accumulo dell'energia al 92% e supportando la centrale elettrica per generare continuamente elettricità per più di 6 ore durante la notte.

3. Settore dell'energia dell'idrogeno: doppia garanzia di sicurezza ed efficienza

Nelle celle a combustibile a idrogeno e nei processi di produzione dell'idrogeno, gli scambiatori di calore a fascio tubiero svolgono molteplici ruoli:

Raffreddamento di celle a combustibile: un'azienda di veicoli alimentati a idrogeno adotta scambiatori di calore a fascio tubiero-raffreddati a liquido per controllare la temperatura della pila di celle entro un intervallo di 65±2 gradi, aumentando la densità di potenza del 20%. Nel frattempo, la tecnologia di rilevamento delle perdite mediante spettrometria di massa con elio viene utilizzata per ottenere una sensibilità di rilevamento della velocità di perdita di 10⁻⁶ Pa·m³/s.

Produzione di idrogeno: nel processo di produzione dell'idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua, gli scambiatori di calore recuperano il calore di scarto attraverso un ciclo di compressione del vapore, riducendo del 18% il consumo di energia per unità di produzione di idrogeno. Gli scambiatori di calore di supporto in lega di titanio possono resistere a mezzi altamente corrosivi come l'acido fosforico umido, prolungandone la durata fino a 15 anni.

4. Settore dell'energia geotermica: un modello di utilizzo efficiente delle risorse

Nei sistemi di produzione e riscaldamento di energia geotermica, gli scambiatori di calore a fascio tubiero consentono lo sviluppo in cascata di fluidi geotermici:

Processo di generazione di energia: una centrale geotermica utilizza uno scambiatore di calore a doppio passaggio-shell-per trasferire il calore dal fluido geotermico a 150 gradi al mezzo di lavoro del ciclo Rankine organico (ORC), ottenendo un'efficienza di generazione di energia del 18%, ovvero superiore del 40% rispetto a quella dei tradizionali sistemi flash.

Sistemi di riscaldamento: nei progetti di riscaldamento con roccia calda secca, gli scambiatori di calore controllano la temperatura dell'acqua in uscita attraverso la regolazione della conversione di frequenza e riducono le incrostazioni con un sistema di pulizia in linea, garantendo che l'efficienza operativa durante la stagione di riscaldamento rimanga stabile sopra l'85%.

In risposta ai requisiti più elevati di efficienza energetica e sostenibilità nel nuovo settore energetico, la tecnologia degli scambiatori di calore a fascio tubiero presenta tre tendenze principali:

Aggiornamento intelligente: Integrazione di tecnologie 5G + edge computing per ottenere una regolazione dei parametri a livello di millisecondi-. Dopo che un data center ha applicato scambiatori di calore intelligenti, il risparmio annuale di energia elettrica ha superato gli 8 milioni di kWh e il valore PUE è sceso a 1,15.

Applicazione di materiali verdi: sviluppo di una tecnologia di trasferimento di calore potenziata dai nanofluidi- per aumentare il coefficiente di trasferimento di calore di oltre il 50%; utilizzando materiali in lega riciclabili per ridurre le emissioni di carbonio durante tutto il ciclo di vita. Un progetto chimico ha ridotto la propria impronta di carbonio del 30% dopo l'applicazione.

Dal controllo preciso della temperatura delle apparecchiature eoliche alla garanzia di sicurezza della catena industriale dell’energia dell’idrogeno, dall’utilizzo a cascata dell’energia solare termica allo sviluppo efficiente delle risorse geotermiche, gli scambiatori di calore a fascio tubiero stanno guidando la nuova industria energetica in un’era di maggiore efficienza energetica attraverso l’innovazione tecnologica. Con l'-integrazione approfondita della scienza dei materiali, del controllo intelligente e dell'integrazione dei sistemi, queste apparecchiature tradizionali continueranno a rilasciare nuovo valore nella transizione energetica globale e a fornire un supporto tecnico fondamentale per la costruzione di un futuro a zero-carbonio.

Gli scambiatori di calore GNEE, con scoperte rivoluzionarie nell’innovazione dei materiali e nelle tecnologie intelligenti, potenziano profondamente nuovi scenari energetici come il controllo della temperatura dell’energia eolica, la sicurezza dell’energia dell’idrogeno e lo stoccaggio dell’energia solare termica, rendendo lo scambio di calore efficiente un fulcro chiave per liberare il valore verde della nuova energia. Se vuoi saperne di più sugli scambiatori di calore a fascio tubiero, per favorecontattaciinviando una email aglobal@gneesteels.com.