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新型材料讓太陽能發電成本更低
2018-11-05 | 編輯: | 【 】| | 供稿部門:規劃戰略與信息中心
    

  最新研究利用陶瓷金屬板在更高溫和更高壓條件下傳導熱量,從而提高太陽能發電效率。

  最近,美國科學家研制出一種新型材料和制造工藝,即利用太陽能作為熱能,可以更有效地發電。

  除了在陰天和夜間使用發電和電源存儲,太陽能發電是成本較低的一種能源方案,然而太陽能發電僅占美國電力來源的2%。美國普渡大學一個研究小組研制了一種新型材料和制造工藝,使利用太陽能(即熱能)發電的方法變得更加高效可行。

  這一技術創新是太陽能發電與化石燃料發電直接抗衡的重要環節,目前化石燃料發電占美國發電總量的60%以上。普渡大學材料工程系教授Kenneth Sandhage說:“以熱能的形式儲存太陽能,比以電池的方式儲存能量的成本更低,因此下一步是降低太陽能發電的成本,同時減少溫室氣體排放?!?/font>

  這項研究是普渡大學與佐治亞理工學院、威斯康星大學麥迪遜分校和橡樹嶺國家實驗室合作完成的,發表在近期出版的《自然》雜志上。

  太陽能的利用方式不僅是通過農場或者屋頂的太陽能板獲得熱能發電,人們還可以利用太陽熱能集中發電。集中式太陽能發電站通過使用鏡面或者透鏡將大量光線聚集在一個小區域,從而將太陽能轉化為電能,產生的熱量被轉移到熔鹽中。熔鹽的熱量隨后被轉移到一種“工作流體”——超臨界二氧化碳,該流體會膨脹,工作過程中使得渦輪機旋轉發電。

  為了有效降低太陽能發電成本,渦輪發動機需要以同樣的熱量產生更多的電能,這意味著它運行時溫度更高。該過程的技術瓶頸是熱交換器,它是將熱熔鹽的熱量轉移到“工作流體”,目前熱交換器是由不銹鋼或者鎳合金材料制成,在理想高溫條件和超臨界二氧化碳高壓下,這些材料將變軟。

  據了解,Kenneth Sandhage設計靈感來自于之前與同事制造的“合成材料”,該材料用作制造固體燃料火箭噴嘴,它可承受高溫高壓。目前,Kenneth Sandhage和來自麻省理工學院的Asegun Henry合作,設計一種類似的合成材料,制造更硬的熱交換器。

  陶瓷碳化鋯和金屬鎢,這兩種材料結合為復雜材料可產生意想不到的效果。普渡大學研究人員制作了陶瓷金屬復合材料板材,基于佐治亞理工學院Devesh Ranjan帶領研究小組設計的模擬通道,顯示該復合材料板材可用于定制通道,實現熱量轉換。

  橡樹嶺國家實驗室Edgar Lara-Curzio研究團隊對該復合材料進行了機械測試,威斯康星大學麥迪遜分校Mark Anderson研究團隊進行了腐蝕測試,這些測試表明,這種新型復合材料可定制化適應超臨界二氧化碳的高溫和高壓條件,從而比當前熱交換器更有效地產生電能。

  佐治亞理工學院和普渡大學研究人員的一項分析表明,與不銹鋼或者鎳合金熱交換器相比,使用新型材料制造的熱交換器能以同等或者更低的成本實現規?;a制造。

  Kenneth Sandhage表示,隨著技術不斷發展,該技術將從大規??稍偕柲芟螂娋W領域延伸滲透,這意味著電力生產中人類制造的二氧化碳排放量將大幅減少。

 

信息來源:https://www.china5e.com/news/news-1043475-1.html

 

 
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