太陽能發(fā)電占美國電力的比例不到2%，但如果在陰天和夜間使用的發(fā)電和儲(chǔ)能成本更低，則可以彌補(bǔ)更多。普渡大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新的材料和制造工藝，可以使用太陽能作為熱能的一種方式-更有效地發(fā)電。

這項(xiàng)創(chuàng)新是將太陽能發(fā)電與化石燃料直接成本競(jìng)爭(zhēng)的重要一步，在美國產(chǎn)生超過60%的電力。

“將太陽能作為熱量存儲(chǔ)已經(jīng)比通過電池存儲(chǔ)能源更便宜，因此下一步是降低太陽能發(fā)電的成本，同時(shí)增加溫室氣體排放的額外好處，”普渡大學(xué)的Reilly教授KennethSandhage表示。材料工程。

這項(xiàng)研究是在普渡大學(xué)與佐治亞理工學(xué)院，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校和橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室合作完成的，發(fā)表在“自然”雜志上。

這項(xiàng)工作與普渡大學(xué)的巨型飛躍慶祝活動(dòng)保持一致，承認(rèn)該大學(xué)在普渡大學(xué)成立150周年之際為可持續(xù)經(jīng)濟(jì)和地球做出的全球進(jìn)步。這是為期一年的慶祝活動(dòng)創(chuàng)意節(jié)的四個(gè)主題之一，旨在展示普渡大學(xué)作為解決現(xiàn)實(shí)問題的知識(shí)中心。

太陽能不僅通過農(nóng)場(chǎng)或屋頂上的面板發(fā)電。另一種選擇是利用熱能運(yùn)行的集中發(fā)電廠。

集中式太陽能發(fā)電廠通過使用鏡子或透鏡將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，將大量光線集中到一個(gè)小區(qū)域，從而產(chǎn)生熱量傳遞給熔鹽。然后將來自熔融鹽的熱量轉(zhuǎn)移到“工作”流體，超臨界二氧化碳，其膨脹并用于旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)以產(chǎn)生電力。

為了使太陽能電力更便宜，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)需要為相同的熱量產(chǎn)生更多的電力，這意味著發(fā)動(dòng)機(jī)需要更熱。

問題在于，將熱量從熱熔融鹽傳遞到工作流體的熱交換器目前由不銹鋼或鎳基合金制成，這些合金在所需的較高溫度和超臨界二氧化碳的高壓下變得太軟。

靈感來自他的團(tuán)隊(duì)以前合并制造的“復(fù)合”材料，可以處理固體燃料火箭噴嘴等應(yīng)用的高溫和高壓，Sandhage與現(xiàn)在麻省理工學(xué)院的AsegunHenry合作，設(shè)想了類似的材料。復(fù)合材料用于更堅(jiān)固的熱交換器。

兩種材料作為復(fù)合材料一起顯示出前景：陶瓷碳化鋯和金屬鎢。

普渡大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了陶瓷-金屬復(fù)合材料的板材。基于DeveshRanjan團(tuán)隊(duì)在GeorgiaTech進(jìn)行的頻道模擬，這些板塊可以定制可定制的熱量交換渠道。

由橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的EdgarLara-Curzio團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的機(jī)械測(cè)試以及威斯康星-麥迪遜的MarkAnderson團(tuán)隊(duì)的腐蝕測(cè)試表明，這種新的復(fù)合材料可以成功地承受生成所需的高溫，高壓超臨界二氧化碳。電力比今天的換熱器更有效率。

佐治亞理工學(xué)院和普渡大學(xué)的研究人員進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)分析也表明，這些熱交換器的規(guī)模化制造可以比不銹鋼或鎳合金制造的相同或更低的成本進(jìn)行。

“最終，隨著持續(xù)發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)將使可再生太陽能大規(guī)模滲透到電網(wǎng)中，”Sandhage說。“這將意味著電力生產(chǎn)中人為二氧化碳排放量將大幅減少。”