據(jù)每日科學(xué)網(wǎng)近日報(bào)道，美國阿肯色大學(xué)民用工程學(xué)系教授潘內(nèi)爾·瑟瓦姆和他的博士研究生馬特·斯塔賽爾成功開發(fā)出一種太陽能存儲(chǔ)系統(tǒng)，可替代目前聚焦型太陽能發(fā)電廠使用的儲(chǔ)能系統(tǒng)。采用這種新開發(fā)的儲(chǔ)能系統(tǒng)將會(huì)大幅增加年發(fā)電量，同時(shí)大幅降低發(fā)電成本。
太陽能發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，并通過熱力循環(huán)過程進(jìn)行發(fā)電。聚焦式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的傳熱工質(zhì)主要采用熔鹽、導(dǎo)熱油和石頭填料等。上述材料作為傳熱工質(zhì)在傳遞太陽電池板所采集的熱量時(shí)損失較少，但其成本昂貴，且易對熱能存儲(chǔ)罐造成損傷。尤其是以石頭填料作為傳熱工質(zhì)（目前其傳熱效率最高，成本最低）時(shí)，在熱循環(huán)過程中存儲(chǔ)罐的不斷收縮和膨脹會(huì)對罐壁產(chǎn)生應(yīng)力，情況嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致存儲(chǔ)罐產(chǎn)生災(zāi)難性的破裂。
作為一種替代方案，瑟瓦姆設(shè)計(jì)并測試了一種具有溫躍層結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。該系統(tǒng)在每個(gè)存儲(chǔ)罐內(nèi)利用并列水泥板替代石頭填料，不同溫層之間由明顯的界限加以隔離。水泥板采用了其同事米卡赫·哈爾研制的一種特殊混合水泥制成，能夠承受600攝氏度的高溫。其儲(chǔ)能流程是由太陽能電池板采集熱量，然后通過罐內(nèi)的鋼管將熱量傳導(dǎo)給水泥板，水泥板吸收熱量并將之存儲(chǔ)起來，需要時(shí)將熱量傳遞給發(fā)電機(jī)。
對模型測試的結(jié)果顯示，以水泥板作為傳熱工質(zhì)，其傳熱效率可達(dá)93.9%，雖然較傳統(tǒng)方法略低，但依然高于美能源部的要求。測試結(jié)果同樣確認(rèn)水泥層在傳遞熱量時(shí)不會(huì)對存儲(chǔ)罐壁造成損害。此外，新方法的成本為每千瓦小時(shí)0.78美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美能源部規(guī)定的熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)的目標(biāo)成本——每千瓦小時(shí)15美元。
瑟瓦姆說：“研究結(jié)果證實(shí)，在傳熱效率方面，采用水泥板可以與現(xiàn)有的儲(chǔ)能系統(tǒng)相媲美。但水泥比其他傳熱工質(zhì)成本低廉，水泥除了具有獨(dú)特的傳熱性能外，還不會(huì)損害儲(chǔ)能罐壁。聚焦型太陽熱能電廠采用這項(xiàng)技術(shù)，可以增加產(chǎn)量并降低運(yùn)營成本。”