Supercritical carbon dioxide blend
સુપરક્રિટિકલ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ મિશ્રણ (એસ. સી. ઓ. 2 મિશ્રણ) એ એક અથવા વધુ પ્રવાહી (ડોપન્ટ પ્રવાહી) સાથે કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું એકરૂપ મિશ્રણ છે જ્યાં તે તેના નિર્ણાયક તાપમાન અને નિર્ણાયક દબાણ પર અથવા તેનાથી ઉપર રાખવામાં આવે છે. કાર્બન ડાયોક્સાઇડ તેના નિર્ણાયક તાપમાન (304.13 K, 31°C, 87°F) અને નિર્ણાયક દબાણ (7.3773 MPa, 72.8 એ. ટી. એમ., 1,070 પી. એસ. આઈ., 73.8 બાર) થી ઉપર સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહી તરીકે વર્તે છે, જે તેના કન્ટેનરને ગેસની જેમ ભરવા માટે વિસ્તરે છે પરંતુ પ્રવાહીની જેમ ઘનતા સાથે. અન્ય પ્રવાહી સાથે CO2 ને જોડીને, મિશ્રણના નિર્ણાયક તાપમાન અને નિર્ણાયક દબાણમાં ફેરફાર કરી શકાય છે. એસ-સી. ઓ. 2 મિશ્રણ સામાન્ય રીતે પાવર ચક્રમાં એસ-સી. ઓ. 2 નો ઉપયોગ કરવા માટે મિશ્રણ સુપરક્રિટિકલ તાપમાનને વધારવા માટે રચાયેલ છે, જે ઊર્જા રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરે છે. નવી વીજળી ઉત્પાદન તકનીકોના વિકાસ છતાં, મોટાભાગના પાવર પ્લાન્ટ થર્મલ પાવર સ્ટેશન છે, જેનો અર્થ છે કે તેઓ વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે ગરમીના સ્રોત (સૌર થર્મલ, પરમાણુ ઊર્જા, અશ્મિભૂત ઇંધણ, બાયોમાસ, ભસ્મીકરણ, ભૂઉષ્મીય) નો ઉપયોગ કરે છે. જો કે આ પ્રક્રિયા સીબેક અસરનો ઉપયોગ કરીને સીધી પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, પાવર ચક્રનો ઉપયોગ કરીને પાવર રૂપાંતર કાર્યક્ષમતામાં ઘણો વધારો થાય છે. પરંપરાગત રીતે, પાવર પ્લાન્ટ રેન્કાઇન ચક્ર પર આધારિત હોય છે અને વીજળી ઉત્પાદન માટે વરાળ ટર્બાઇનનો ઉપયોગ કરે છે. શક્તિ ચક્રની કાર્યક્ષમતા ઉષ્મા સ્ત્રોત અને ઉષ્મા સિંક વચ્ચેના તાપમાનના તફાવત દ્વારા મર્યાદિત હોય છે. તફાવત જેટલો મોટો હશે તેટલી વધુ વીજળીનું ઉત્પાદન કરી શકાય છે. સુપરક્રિટિકલ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ દ્વારા વરાળને બદલવાથી ઊંચા તાપમાનના તફાવત સુધી પહોંચવાની મંજૂરી મળે છે, તેથી પાવર પ્લાન્ટની વીજ કાર્યક્ષમતામાં વધારો થાય છે. સુપરક્રિટિકલ સ્થિતિ ઉષ્મા સ્ત્રોત પર ઉષ્મા વિનિમયની સુવિધા આપે છે. વધુમાં, સુપરક્રિટિકલ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ વરાળ કરતાં બમણો ગાઢ હોય છે, અને ઉચ્ચ ઘનતા અને વોલ્યુમેટ્રિક ગરમીનું સંયોજન તેને ઉચ્ચ ઊર્જા ગાઢ પ્રવાહી બનાવે છે, જેનો અર્થ છે કે થર્મોડાયનેમિક ચક્રના મોટાભાગના ઘટકોનું કદ ઘટાડી શકાય છે. તેથી, પ્લાન્ટના પર્યાવરણીય પદચિહ્નો અને મૂડી ખર્ચમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે. વધુમાં, એસ. સી. ઓ. 2 બિન-જ્વલનશીલ, બિન-ઝેરી, બિન-વિસ્ફોટક અને સસ્તું છે. સંયુક્ત ચક્રનો ઉપયોગ કરીને કાર્યક્ષમતામાં વધુ વધારો કરી શકાય છે. વીજ ચક્રમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડના મોટા પાયે ઉપયોગમાં વિલંબ કરતી મુખ્ય મર્યાદાઓમાંની એક છે કાટ ઇજનેરી. પ્રવાહી પરિવહન અને વીજ ઉત્પાદન માટેની સામગ્રીઓએ ઊંચા તાપમાન, કાટ અને સળવળાટ સામે ઉચ્ચ પ્રતિકાર દર્શાવવો આવશ્યક છે. કેન્દ્રિત સૌર ઊર્જા કેન્દ્રિત સૌર ઊર્જા (સી. એસ. પી.) એ એક સૌર થર્મલ ટેકનોલોજી છે જે રીસીવરમાં સૂર્યપ્રકાશને કેન્દ્રિત કરવા માટે અરીસાઓ અથવા લેન્સનો ઉપયોગ કરે છે. રિસીવર ખૂબ ઊંચા તાપમાન સુધી પહોંચે છે, વ્યાપારી સૌર ઉર્જા ટાવર માટે 1000 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી, ઉચ્ચ શક્તિ રૂપાંતરણ કાર્યક્ષમતાની તરફેણ કરે છે. જો કે, ઉપયોગમાં લેવાતા હીટ એન્જિન દ્વારા વીજળીનું ઉત્પાદન મર્યાદિત છે. કેન્દ્રિત સૌર ઉર્જા ક્ષેત્રમાં, હીટિંગ એન્જિન પ્રવાહી તરીકે સુપરક્રિટિકલ CO2 નો ઉપયોગ નોંધપાત્ર ખર્ચમાં ઘટાડો કરી શકે છે. પાવર બ્લોકની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા સૌર ક્ષેત્રના કદને ઘટાડે છે, જમીનનો કબજો ઘટાડે છે અને તેથી પ્લાન્ટના આ ભાગની કિંમતમાં ઘટાડો થાય છે. ઉપલબ્ધ વિશ્લેષણ મુજબ, અનુકૂળ પરિસ્થિતિઓમાં પરંપરાગત સુપરક્રિટિકલ CO2 CSPનો વીજળી ઉત્પાદન ખર્ચ 9,5-10 $cent/KWh હોવાની અપેક્ષા છે. વધુમાં, કેન્દ્રિત સૌર ઊર્જા કોઈપણ મધ્યવર્તી ઊર્જા વાહકનો ઉપયોગ કર્યા વિના સીધા સૌર કિરણોત્સર્ગને પુનઃપ્રાપ્ત કરવાની સંભાવના પ્રદાન કરે છે. જો કે, આ ઉચ્ચ દબાણવાળા સૌર રીસીવરોની રચનામાં પડકારો ઉભા કરે છે, જે પ્રવાહીના નિર્ણાયક દબાણ તેમજ ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓથી ઉપર દબાણ ધરાવે છે. કાર્યક્ષમ સુપરક્રિટિકલ CO2 પાવર ચક્ર માટે જરૂરી છે કે કોમ્પ્રેસર ઇનલેટ તાપમાન પ્રવાહીના નિર્ણાયક તાપમાન (શુદ્ધ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ માટે 31 °C) ની નજીક અથવા તેનાથી પણ ઓછું હોય. જ્યારે આ લક્ષ્ય પ્રાપ્ત થાય છે, અને ગરમીનો સ્રોત 600-650 °C કરતા વધારે હોય છે, ત્યારે sCO2 ચક્ર સમાન સીમા શરતો સાથે પાણી/વરાળ પર ચાલતા કોઈપણ રેન્કાઈન ચક્રને પાછળ છોડી દે છે. શુષ્ક સ્થળોમાં હવામાનની સ્થિતિને કારણે જ્યાં કેન્દ્રિત સૌર ઉર્જા પ્લાન્ટ સામાન્ય રીતે સ્થિત હોય છે, આસપાસના તાપમાન 35 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપર હોય છે, ત્યાં ઓછી ઊર્જાની જરૂરિયાતો સાથે પ્રવાહીને સંકુચિત કરવા માટે પૂરતા પ્રમાણમાં CO2 ને ઠંડુ કરવું અશક્ય છે. તદનુસાર, જ્યારે તાપમાન 40 ડિગ્રી સેલ્સિયસ અથવા તેનાથી ઉપર વધે છે ત્યારે કાર્બન ડાયોક્સાઇડના લગભગ આદર્શ વર્તનમાં ઝડપી સંક્રમણ સંકોચન કાર્યમાં વધારો કરે છે અને પાવર બ્લોકની થર્મલ કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો કરે છે, જે ફક્ત ટર્બાઇન ઇનલેટ તાપમાનમાં મોટા વધારા દ્વારા ફરીથી વધારી શકાય છે. આ થર્મોડાયનેમિક સમસ્યાઓને દૂર કરવા માટે, ઉચ્ચ નિર્ણાયક તાપમાન સાથે સુપરક્રિટિકલ CO2 મિશ્રણનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. કેટલાક એસ. સી. ઓ. 2 મિશ્રણોના નિર્ણાયક તાપમાનનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. ઉદાહરણ તરીકે, 80 ડિગ્રી સેલ્સિયસના નિર્ણાયક તાપમાન સુધી પહોંચતું મિશ્રણ 50 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધીના હીટ સિંક તાપમાન માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા પ્રદાન કરી શકે છે. સ્કેરાબિયસ પ્રોજેક્ટ, જેને યુરોપિયન યુનિયન તરફથી ભંડોળ પ્રાપ્ત થયું છે, તે વીજ ચક્રની કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરીને સંચાલન અને મૂડી ખર્ચમાં ઘટાડો કરવા માટે કેન્દ્રિત સૌર ઉર્જા પ્લાન્ટ્સમાં સુપરક્રિટિકલ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ મિશ્રણોનો અમલ કરવા માટે એક નવો વૈચારિક અભિગમ ઘડી કાઢે છે. સ્કેરાબિયસ પ્રોજેક્ટ યુરોપિયન યુનિવર્સિટીઓ (ઇટાલીની પોલિટેકનિકો ડી મિલાનો અને યુનિવર્સિટા ડિગલી સ્ટડી ડી બ્રેસિયા, ઓસ્ટ્રિયાની ટેક્નીશે યુનિવર્સિટાટ વિએન, સ્પેનની યુનિવર્સિડાડ ડી સેવિલા અને યુનાઇટેડ કિંગડમની લંડન યુનિવર્સિટી) અને ખાનગી કંપનીઓ (જર્મનીની કેલ્વિયન, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સની બેકર હ્યુજીસ અને સ્પેનની એબેન્ગોઆ) દ્વારા વિકસાવવામાં આવ્યો છે. સુપરક્રિટિકલ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ કેન્દ્રિત સૌર ઉર્જા વીજળી ઉત્પાદન થર્મોડાયનેમિક ચક્ર રેન્કાઇન ચક્ર સ્ટીમ ટર્બાઇન કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સંદર્ભો કાર્બન ડાયોક્સાઇડ