普渡大學的研究人員發現,陶瓷金屬材料可以在更高溫度和更高壓力下傳熱,提高太陽能發電效率。
太陽能電力雖然在美國電力使用總額中所占的比例不高(約2%),但如果能降低陰天和夜間的發電和儲能成本的話,太陽能發電的地位可以更高。《自然》(Nature)雜志10月17日報道,美國普渡大學(PU)、佐治亞理工學院(GIT)、威斯康星大學麥迪遜分校(UWM)和橡樹嶺國家實驗室(ORNL)等合作開發了一種新的材料和制造工藝,將使太陽能發電變得更高效。PU材料工程教授肯尼斯·桑迪哈吉(Kenneth Sandhage)說:“以熱能形式儲存太陽能比電池儲能的成本更低。更應考慮的是如何降低太陽能發電的成本。”

在一般人的印象中,太陽能發電不過是農場或屋頂的大型電池板。但對于太陽能發電而言,另一種更重要的選擇是使用熱能的集中式發電廠。發電廠利用透鏡將大量的光線集中到小區域,接著將小區域中的熱量轉移到熔鹽中,進而傳遞給工作流體——超臨界二氧化碳(SUD)。SUD膨脹后可以推動渦輪機發電。為了降低太陽能發電的成本,渦輪機需要以同樣的熱量產生更多的電力,這意味著需要提高溫度。但問題隨之而來:目前,熔鹽向SUD傳遞熱量用到的熱交換器多由不銹鋼或鎳基合金制成,在高溫和高壓條件下容易軟化。
桑迪哈吉受其團隊之前發現的用于應對固體燃料火箭噴嘴等高溫高壓環境的合成材料啟發,與現麻省理工學院(MIT)的研究人員阿瑟剛·亨利(Asegun Henry)合作,設計出了一種由陶瓷碳化鋯和金屬鎢構成的復合材料,用于提高熱交換器的耐溫耐壓性能。GIT、UWM和ORNL的研究人員分別對金屬陶瓷材料的熱交換性能、耐腐蝕性能和機械性能進行了測試,確認新材料可顯著提升熱交換器的性能。
GIT和PU的研究人員還對新材料的成本進行了核算。他們認為,與不銹鋼或鎳合金換熱器相比,新材料制成的熱交換器的規模化生產成本更低。桑迪哈吉認為,新技術有望使太陽能發電成為電網的主角,并減少電力生產過程中產生的二氧化碳。
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