Supercritical carbon dioxide blend
सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड मिश्रण (एस. सी. ओ. 2 मिश्रण) एक या अधिक तरल पदार्थों (डोपेंट तरल पदार्थ) के साथ सी. ओ. 2 का एक सजातीय मिश्रण है जहां इसे अपने महत्वपूर्ण तापमान और महत्वपूर्ण दबाव पर या उससे ऊपर रखा जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड अपने महत्वपूर्ण तापमान (304.13 K, 31°C, 87°F) और महत्वपूर्ण दबाव (7.3773 MPa, 72.8 एटीएम, 1,070 पीएसआई, 73.8 बार) से ऊपर एक सुपरक्रिटिकल तरल पदार्थ के रूप में व्यवहार करता है, जो अपने पात्र को गैस की तरह भरने के लिए फैलता है लेकिन एक तरल के समान घनत्व के साथ। कार्बन डाइऑक्साइड को अन्य तरल पदार्थों के साथ मिलाकर, मिश्रण के महत्वपूर्ण तापमान और महत्वपूर्ण दबाव को संशोधित किया जा सकता है। एस-सी. ओ. 2 मिश्रण को आमतौर पर ऊर्जा रूपांतरण दक्षता में वृद्धि प्राप्त करते हुए, शक्ति चक्रों में एस-सी. ओ. 2 को नियोजित करने के लिए मिश्रण सुपरक्रिटिकल तापमान को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। अनुप्रयोग बिजली उत्पादन नई बिजली उत्पादन प्रौद्योगिकियों के विकास के बावजूद, अधिकांश बिजली संयंत्र थर्मल पावर स्टेशन हैं, जिसका अर्थ है कि वे बिजली का उत्पादन करने के लिए गर्मी स्रोत (सौर थर्मल, परमाणु ऊर्जा, जीवाश्म ईंधन, बायोमास, दहन, भू-तापीय) का उपयोग करते हैं। हालाँकि इस प्रक्रिया को सीधे सीबेक प्रभाव का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन बिजली चक्र का उपयोग करके बिजली रूपांतरण दक्षता में बहुत वृद्धि होती है। परंपरागत रूप से, बिजली संयंत्र रैंकिन चक्र पर आधारित होते हैं और बिजली उत्पादन के लिए भाप टरबाइन का उपयोग करते हैं। विद्युत चक्र की दक्षता ऊष्मा स्रोत और ऊष्मा सिंक के बीच तापमान के अंतर से सीमित होती है। अंतर जितना अधिक होगा, उतनी ही अधिक बिजली का उत्पादन किया जा सकता है। सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड द्वारा भाप को बदलने से उच्च तापमान अंतर तक पहुंचने में मदद मिलती है, इसलिए बिजली संयंत्र की बिजली दक्षता में वृद्धि होती है। सुपरक्रिटिकल अवस्था ऊष्मा स्रोत पर ऊष्मा विनिमय की सुविधा प्रदान करती है। इसके अलावा, सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड भाप की तुलना में दोगुना घना होता है, और उच्च घनत्व और वॉल्यूमेट्रिक गर्मी का संयोजन इसे एक उच्च ऊर्जा घना तरल बनाता है, जिसका अर्थ है कि थर्मोडायनामिक चक्र के अधिकांश घटकों के आकार को कम किया जा सकता है। इसलिए, संयंत्र के पारिस्थितिक पदचिह्न और पूंजीगत व्यय में काफी कमी आई है। इसके अलावा, एस. सी. ओ. 2 गैर-ज्वलनशील, गैर-विषाक्त, गैर-विस्फोटक और सस्ता है। एक संयुक्त चक्र का उपयोग करके दक्षता को और बढ़ाया जा सकता है। मुख्य सीमाओं में से एक जिसने बिजली चक्रों में कार्बन डाइऑक्साइड के बड़े पैमाने पर उपयोग में देरी की है, वह है जंग इंजीनियरिंग। द्रव परिवहन और बिजली उत्पादन के लिए सामग्री को उच्च तापमान, जंग और रेंगने के लिए उच्च प्रतिरोध प्रदर्शित करना चाहिए। केंद्रित सौर ऊर्जा केंद्रित सौर ऊर्जा (सी. एस. पी.) एक सौर तापीय प्रौद्योगिकी है जो एक रिसीवर में सूर्य के प्रकाश को केंद्रित करने के लिए दर्पण या लेंस का उपयोग करती है। रिसीवर बहुत उच्च तापमान तक पहुँचता है, वाणिज्यिक सौर ऊर्जा टावरों के लिए 1000 डिग्री सेल्सियस तक, उच्च शक्ति रूपांतरण दक्षता का समर्थन करता है। हालांकि, बिजली उत्पादन उपयोग किए जाने वाले ऊष्मा इंजन द्वारा सीमित है। केंद्रित सौर ऊर्जा क्षेत्र में, हीटिंग इंजन तरल पदार्थ के रूप में अति महत्वपूर्ण कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करने से लागत में महत्वपूर्ण कमी आ सकती है। पावर ब्लॉक की उच्च दक्षता सौर क्षेत्र के आकार को कम करती है, जिससे मिट्टी का कब्जा कम हो जाता है और इसलिए संयंत्र के इस हिस्से की लागत कम हो जाती है। उपलब्ध विश्लेषणों के अनुसार, अनुकूल परिस्थितियों में पारंपरिक सुपरक्रिटिकल CO2 CSP की बिजली उत्पादन लागत 9,5-10 $cent/KWh होने की उम्मीद है। इसके अलावा, केंद्रित सौर ऊर्जा किसी भी मध्यवर्ती ऊर्जा वाहक का उपयोग किए बिना सीधे सौर विकिरण को ठीक करने की संभावना प्रदान करती है। हालांकि, यह उच्च दबाव वाले सौर रिसीवरों के डिजाइन में चुनौती पेश करता है, जो तरल पदार्थ के महत्वपूर्ण दबाव के साथ-साथ ऊर्जा भंडारण प्रणालियों से ऊपर दबाव बनाए रखना चाहिए। कुशल सुपरक्रिटिकल CO2 शक्ति चक्रों के लिए आवश्यक है कि कंप्रेसर इनलेट तापमान तरल पदार्थ के महत्वपूर्ण तापमान (शुद्ध कार्बन डाइऑक्साइड के लिए 31 डिग्री सेल्सियस) के करीब या उससे भी कम हो। जब यह लक्ष्य प्राप्त हो जाता है, और ऊष्मा स्रोत 600-650 °C से अधिक होता है, तो एस. सी. ओ. 2 चक्र समान सीमा स्थितियों के साथ पानी/भाप पर चलने वाले किसी भी रैंकिन चक्र से बेहतर प्रदर्शन करता है। शुष्क स्थलों में मौसम की स्थिति के कारण जहां केंद्रित सौर ऊर्जा संयंत्र आमतौर पर स्थित होते हैं, 35 डिग्री सेल्सियस से अधिक परिवेश के तापमान के साथ, कम ऊर्जा आवश्यकताओं के साथ तरल पदार्थ को संपीड़ित करने के लिए पर्याप्त CO2 को ठंडा करना असंभव है। तदनुसार, तापमान 40 डिग्री सेल्सियस या उससे अधिक होने पर कार्बन डाइऑक्साइड के लगभग आदर्श व्यवहार में तेजी से संक्रमण संपीड़न कार्य को बढ़ाता है और पावर ब्लॉक की तापीय दक्षता को कम करता है, जिसे केवल टरबाइन इनलेट तापमान में बड़ी वृद्धि के माध्यम से फिर से बढ़ाया जा सकता है। इन ऊष्मागतिकीय समस्याओं को दूर करने के लिए, उच्च महत्वपूर्ण तापमान के साथ एक अति महत्वपूर्ण CO2 मिश्रण का उपयोग किया जा सकता है। कई एस. सी. ओ. 2 मिश्रणों के महत्वपूर्ण तापमान का अध्ययन किया गया है। उदाहरण के लिए, एक मिश्रण जो 80 डिग्री सेल्सियस के महत्वपूर्ण तापमान तक पहुंचता है, 50 डिग्री सेल्सियस तक के हीट सिंक तापमान के लिए उच्च दक्षता प्रदान कर सकता है। स्केराबियस परियोजना, जिसे यूरोपीय संघ से धन प्राप्त हुआ है, बिजली चक्र दक्षता में वृद्धि करके संचालन और पूंजी लागत को कम करने के लिए केंद्रित सौर ऊर्जा संयंत्रों में सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड मिश्रणों को लागू करने के लिए एक नया वैचारिक दृष्टिकोण तैयार करती है। एस. सी. ए. आर. ए. बी. ई. यू. एस. परियोजना को यूरोपीय विश्वविद्यालयों के एक संघ (इटली से पोलिटेकनिको डी मिलानो और यूनिवर्सिटा डिगली स्टडी डी ब्रेसिया, ऑस्ट्रिया से टेक्नीशे यूनिवर्सिटाट वीन, स्पेन से यूनिवर्सिडैड डी सेविला और यूनाइटेड किंगडम से लंदन विश्वविद्यालय) और निजी कंपनियों (जर्मनी से केल्वियन, संयुक्त राज्य अमेरिका से बेकर ह्यूजेस और स्पेन से अबेंगोआ) द्वारा केंद्रित सौर ऊर्जा में अनुभव के साथ विकसित किया गया है। सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड केंद्रित सौर ऊर्जा बिजली उत्पादन थर्मोडायनामिक चक्र रैंकिन चक्र भाप टरबाइन कार्बन डाइऑक्साइड संदर्भ कार्बन डाइऑक्साइड