Новият материал може да повиши ефективността на концентрираните слънчевата енергия

Соларна централа със 110 мегавата (MW) в пустинята Негев в Израел.Увеличи / соларна централа със 110 мегавата (MW) в израелския Негев desert.OPIC

С цената на фотоволтаиците се понижи драстично, слънчевата енергия вероятно ще стане основен принос към електрическата генериращ микс в много страни. Но прекъсващата природа на фотоволтаиците могат да поставят ограничение за това, доколко те допринасят бъдещи мрежи или ни принуждават да развием масивно съхранение възможности.

Но фотоволтаиците не са единствената слънчева технология там. Концентрираната слънчева енергия използва огледала, за да фокусира слънчевата светлина, осигуряване на топлина, която може да се използва за задвижване на турбини. Напредък в топлината Съхранение означава, че технологията вече може да генерира енергия около часовник, по същество интегриращ съхранението в процеса на произвеждащи енергия. За съжаление цената на концентрираната слънчева енергия не е помръднал много и фотоволтаиците са го оставили в праха. Но някои материали учените може би са измислили начин да стимулират концентрирана слънчева ефективност значително, възвръщайки част от предимство на фотоволтаиците.

Усетете топлината

Слънчевата топлина се върти около преноса на топлина. Слънчевата светлина е използва се за загряване на работна течност във фокуса на огледалата. Това тогава прехвърля топлината или в система за съхранение или директно към друга течност, която се използва за задвижване на турбина – обикновено пара. Обикновено по-високите температури означават повече работа, което прави ефективността на тези трансфери критична.

Над определена температура става възможно замяната на пара със свръхкритичен въглероден диоксид. Това работи повече ефикасно, потенциално осигурявайки стимул от над 20 процента, но тя изисква температури над 1000K. Това прави нещата малко по-предизвикателно, като се има предвид, че много метали ще се стопят при такива температури; други ще реагират с въглероден диоксид под тях условия. Намирането на материал, който би могъл да работи, включва балансиране на a много фактори, включително топлина и химическа устойчивост, лекота на производство и високи скорости на топлопреминаване.

Изследователите, участващи в новата работа, голяма от САЩ сътрудничество, фокусиране върху композитен материал: волфрам и циркониев карбид. Те имат изключително високи точки на топене: 3,700K и за двата материала. И двамата провеждат топлина изключително добре и никой от тях не се разширява или омекотява много при тези условия, което означава, че ще се държат по-добре на механичните напрежения.

Въпреки че статистиката е впечатляваща, невероятната част от това е как материалът е изработен. Изследователите започнаха с волфрам карбид, керамика, която може да се формира в порест материал просто като го изсипете като прах във формата и го загреете. В този точка, керамиката може да бъде допълнително обработена, за да се получи финал оформят. Веднъж в окончателния си вид, керамиката е поставена във вана от разтопена смес от мед и цирконий. Разтопената смес се напълни порите и цирконийът реагира с волфрамовия карбид, заместващ волфрама. Медта в разтопения материал образува a тънък филм върху повърхността на твърдото вещество.

След това волфрамът запълва порите в получения материал, което му позволява да запази същата форма и размер въпреки химическата промени. Цирконовият карбид завършва, като осигурява на материала а скованост дори при високи температури, докато волфрамът е гъвкав достатъчно, за да не може цялото нещо да е крехко. И цялото нещо, проведено топлина по-добре от металите, които се използват в момента.

Оставащият проблем е, че при условията на слънчева енергия термични инсталации, медта на материала би реагирала с въглероден диоксид, образувайки меден оксид и отделяйки въглерод окис. Но изследователите определиха, че добавянето на малко количество въглероден окис до свръхкритичния CO2 потиснете тази реакция, нещо, което потвърдиха експериментално.

Икономиката

Защото материалът издържа на тези условия толкова по-добре отколкото металите, които се използват в момента, е възможно да се използват много по-малко тя за изграждане на топлообменник. Това е страхотно икономически (тъй като вие имат нужда от по-малко суровини), а малкият размер увеличава мощността плътност и ефективност на топлообменника.

Докато голямото увеличение на ефективността е голямо, концентрирана слънчева енергия е достатъчно далеч зад фотоволтаиците на цена, която няма да стане направи достатъчно голяма разлика в пряка конкуренция. Но истинското конкуренцията тук не е пряко с фотоволтаиците; вместо това са две отделни състезания. Единият е срещу фотоволтаиците плюс батерии, тъй като само това предоставя възможност за денонощен достъп до енергия. Тук разходите се променят бързо достатъчно, че е трудно да разбера къде стоят нещата.

Другата конкуренция ще бъде с традиционно изкопаемо гориво растения, където концентрираната слънчева енергия може да осигури директна замяна по начин, който фотоволтаиците не могат. Но ситуацията тук е мътна също. Тъй като някои страни започват да се отнасят сериозно към своите ангажименти за намаляване на емисиите, има възможност това те ще намерят начини за ценообразуване на производството на енергия без емисии в начин, който спомага за подобряване на концентрираната слънчева конкурентоспособност. един Проблемът тук е, че и природният газ, и ядрените централи също разчитат на топлообменници и няма причина този материал да бъде също се използва за повишаване на тяхната ефективност.

Природа, 2018. DOI: 10.1038 / s41586-018-0593-1 (Относно Дойс).

Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: