科学家们已经开发出一种新的材料使利用太阳能的一种方式更有效地发电

2019-10-14 17:10:24

太阳能仅占美国电力的不到2%,但如果在阴天和夜间使用的发电和储能成本更便宜,则太阳能发电所占比重可能更大。普渡大学领导的团队开发了一种新的材料和制造工艺,它将使利用太阳能(作为热能)的一种方式更有效地发电。这项创新是使太阳能热电发电与化石燃料进行直接成本竞争的重要一步,化石燃料在美国发电量超过60%

普渡大学Reilly教授肯尼思·桑德哈格(Kenneth Sandhage)表示:“将太阳能作为热能储存已经比通过电池储存能源便宜,因此下一步就是要减少利用太阳热能发电的成本,并带来零温室气体排放。”材料工程。

这项研究是在普渡大学与佐治亚理工学院,威斯康星大学麦迪逊分校和橡树岭国家实验室合作完成的,并发表在《自然》杂志上。

这项工作与普渡大学(Purdue)举行的“大跃进(Giant Leaps)”庆祝活动相吻合,承认该大学在普渡大学成立150周年之际为实现可持续发展的经济和地球所做的全球进步。这是为期一年的庆祝活动思想节的四个主题之一,旨在向人们展示普渡大学作为解决现实世界问题的知识中心。

太阳能不仅通过农场或屋顶上的面板发电。另一种选择是利用热能运行的集中发电厂。

集中式太阳能发电厂通过使用镜子或透镜将大量的光集中到一小块区域上,从而将太阳能转换为电能,这些热量产生的热量被传递到熔融盐中。然后,来自熔融盐的热量被转移到超临界二氧化碳“工作”流体中,该流体膨胀并工作以使涡轮旋转以发电。

为了使太阳能发电的价格更便宜,涡轮发动机将需要以相同的热量产生更多的电力,这意味着发动机需要运转得更热。

问题在于,将热量从热熔盐传递到工作流体的热交换器目前由不锈钢或镍基合金制成,它们在所需的较高温度和超临界二氧化碳的高压下变得太软。

受他的团队以前组合材料的启发,Sandhage与现在在麻省理工学院的Asegun Henry合作,设计了一种类似的材料,这些材料可以应对高温和高压,例如固体燃料火箭喷嘴。用于更坚固的热交换器的复合材料。

两种材料以复合材料的形式展示了前景:陶瓷碳化锆和金属钨。

普渡大学的研究人员创建了陶瓷-金属复合材料板。根据Devesh Ranjan团队在Georgia Tech进行的通道模拟,这些板具有可定制的通道,用于定制热交换。

橡树岭国家实验室的埃德加·拉拉·库尔齐奥(Edgar Lara-Curzio)团队进行的机械测试以及威斯康星州-麦迪逊分校的马克·安德森(Mark Anderson)团队的腐蚀测试表明,这种新的复合材料可以量身定制,以成功承受发电所需的高温高压超临界二氧化碳电力比当今的热交换器更有效。

佐治亚理工学院和普渡大学的研究人员进行的经济分析还显示,与不锈钢或镍合金基热交换器相比,这些热交换器的大规模生产可以以可比或更低的成本进行。

Sandhage说:“最终,随着不断的发展,这项技术将使可再生太阳能大规模渗透到电网中。” “这将意味着大大减少电力生产产生的人为二氧化碳排放。”

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