Солнечная энергия составляет менее 2 процентов электроэнергии в США, но могла бы обеспечить больше, если бы стоимость производства и хранения электроэнергии для использования в пасмурные дни и в ночное время была дешевле.
Команда под руководством Университета Пердью разработала новый материал и производственный процесс, которые сделают один из способов использования солнечной энергии - в качестве тепловой энергии - более эффективным для производства электроэнергии.
Эта инновация является важным шагом для того, чтобы превратить солнечную энергию в электроэнергию в прямую конкуренцию по стоимости с ископаемым топливом, которое производит более 60 процентов электроэнергии в США
«Хранение солнечной энергии в виде тепла уже может быть дешевле, чем хранение энергии с помощью батарей, поэтому следующим шагом будет снижение стоимости производства электроэнергии из солнечного тепла с дополнительным преимуществом нулевых выбросов парниковых газов», - сказал Кеннет Сандхейдж., Рейли, профессор Purdue по материаловедению.
Исследование, которое было проведено в Purdue в сотрудничестве с Технологическим институтом Джорджии, Университетом Висконсин-Мэдисон и Ок-Риджской национальной лабораторией, опубликовано в журнале Nature.
Эта работа совпадает с празднованием Гигантских скачков Purdue, признавая глобальные достижения университета, сделанные для устойчивой экономики и планеты в рамках празднования 150-летия Purdue. Это одна из четырех тем ежегодного Фестиваля идей, призванного продемонстрировать Purdue как интеллектуальный центр, решающий проблемы реального мира.
Солнечная энергия вырабатывает электроэнергию не только с помощью панелей на фермах или на крышах домов. Другой вариант - концентрированные электростанции, работающие на тепловой энергии.
Концентрированные солнечные электростанции преобразуют солнечную энергию в электричество, используя зеркала или линзы для концентрации большого количества света на небольшой площади, которая генерирует тепло, которое передается расплавленной соли. Затем тепло от расплавленной соли передается «рабочей» жидкости, сверхкритическому диоксиду углерода, который расширяется и работает, вращая турбину для выработки электроэнергии.
Чтобы сделать солнечную электроэнергию дешевле, газотурбинный двигатель должен будет генерировать еще больше электроэнергии для того же количества тепла, что означает, что двигатель должен работать горячее.
Проблема в том, что теплообменники, которые передают тепло от горячего расплава соли к рабочей жидкости, в настоящее время изготавливаются из нержавеющей стали или сплавов на основе никеля, которые становятся слишком мягкими при желаемых более высоких температурах и при повышенном давлении. сверхкритического диоксида углерода.
Вдохновленный материалами, которые его группа ранее объединила для создания «композитных» материалов, способных выдерживать высокие температуры и давление для таких применений, как сопла твердотопливных ракет, Сандхейдж работал с Асеганом Генри, который сейчас работает в Массачусетском технологическом институте. разработать аналогичный композит для более прочных теплообменников.
Два материала показали себя вместе как композит: керамический карбид циркония и металлический вольфрам.
Исследователи компании Purdue создали пластины из металлокерамического композита. На пластинах размещены настраиваемые каналы для адаптации теплообмена, основанные на моделировании каналов, проведенном в Технологическом институте Джорджии командой Девеша Ранджана..
Механические испытания, проведенные группой Эдгара Лара-Курцио в Национальной лаборатории Ок-Ридж, и испытания на коррозию, проведенные группой Марка Андерсона в Висконсин-Мэдисон, помогли показать, что этот новый композитный материал можно адаптировать для того, чтобы он успешно выдерживал более высокие температуры и сверхкритические давления. углекислый газ, необходимый для выработки электроэнергии более эффективно, чем сегодняшние теплообменники.
Экономический анализ, проведенный исследователями Технологического института Джорджии и Purdue, также показал, что масштабное производство этих теплообменников может осуществляться по сопоставимой или более низкой цене, чем для теплообменников на основе нержавеющей стали или никелевого сплава.
«В конечном счете, при дальнейшем развитии, эта технология позволит широкомасштабно внедрять возобновляемую солнечную энергию в электросеть», - сказал Сандхейдж. «Это будет означать резкое сокращение антропогенных выбросов углекислого газа при производстве электроэнергии».
Видео на YouTube доступно по адресу