使用太陽的熱量可製造更便宜的可再生電力

使用太陽的熱量可製造更便宜的可再生電力

太陽能只佔美國電力的不到2%，但如果在陰天和夜間使用的發電和儲能成本更低的話，太陽能可以彌補更多。普渡大學(Purdue university)領導的一個研究小組開發了一種新的材料和製造工藝，這將使一種利用太陽能(即熱能)發電的方法變得更高效。

這一創新是將太陽能熱發電與化石燃料直接競爭的重要一步。化石燃料在美國的發電量佔總發電量的60%以上普渡大學賴利學院材料工程教授Kenneth Sandhage說:「以熱能的形式儲存太陽能比以電池的方式儲存能源要便宜，所以下一步就是降低利用太陽能發電的成本，同時減少零溫室氣體排放。」

這項研究是在普渡大學與喬治亞理工學院、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《自然》雜誌上。這項研究與普渡大學的跨越式的慶祝活動相一致，承認了作為普渡大學150周年校慶的一部分，該大學在全球經濟和地球可持續發展方面取得的進步。這是為期一年的慶典創意節的四個主題之一，旨在展示普渡大學作為解決現實世界問題的智力中心。

太陽能發電不只是通過農場或屋頂的電池板發電。另一種選擇是使用熱能的集中發電廠。集中式太陽能發電廠通過使用鏡子或透鏡將大量的光線集中到一個小區域，從而將太陽能轉化為電能，這個小區域產生的熱量被轉移到熔鹽中。熔融鹽的熱量隨後被轉移到一種「可工作」的流體——超臨界二氧化碳中，這種流體會膨脹並旋轉渦輪機發電。

為了降低太陽能發電的成本，渦輪發動機需要以同樣的熱量產生更多的電力，這意味著發動機需要更熱。問題是，熱交換器是將熱熔融鹽的熱量傳遞到工作流體的，目前由不鏽鋼或鎳基合金製成，在理想的高溫和超臨界二氧化碳的高壓下變得太軟。Sandhage的靈感來自於他的團隊之前合成的材料，這種材料可以處理固體燃料火箭噴嘴等應用中的高溫高壓，Sandhage與現在麻省理工學院的Asegun Henry合作，設計出一種類似的複合材料，用於更堅固的熱交換器。

陶瓷碳化鋯和金屬鎢這兩種材料作為複合材料顯示出了良好的應用前景。普渡大學的研究人員製作了陶瓷金屬複合材料的板。根據德維什·蘭詹(Devesh Ranjan)的團隊在喬治亞理工學院(Georgia Tech)進行的通道模擬，這些板上有可定製的通道，用於定製熱量交換。來自橡樹嶺國家實驗室的Edgar Lara-Curzio的團隊進行了機械測試，而來自威斯康辛-麥迪遜的Mark Anderson的團隊進行了腐蝕測試，這些測試幫助證明了這種新型複合材料能夠成功地適應更高的溫度、高壓超臨界二氧化碳，而這些二氧化碳是發電所需的，比現在的熱交換器效率更高。

喬治亞理工學院和普渡大學的一項經濟分析還表明，與不鏽鋼或鎳合金換熱器相比，這些熱交換器的規模化生產可以以同等或更低的成本進行。Sandhage說:「最終，隨著繼續發展，這項技術將允許可再生太陽能向電網大規模滲透。」「這將意味著電力生產中人類製造的二氧化碳排放量將大幅減少。」

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