美國(guó)阿肯色州州立大學(xué)的工程研發(fā)人員日前宣布開發(fā)出了新型的光熱電站儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其聲稱這種儲(chǔ)熱系統(tǒng)集成于光熱電站將可以大大增加年發(fā)電量，顯著降低發(fā)電成本。
該項(xiàng)目是在美國(guó)能源部2008年Sunshot計(jì)劃“先進(jìn)傳熱介質(zhì)和創(chuàng)新型儲(chǔ)熱系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)”的項(xiàng)目支持下完成的，項(xiàng)目獲得了77萬(wàn)美元的研發(fā)資金支持。
據(jù)悉，采用巖石進(jìn)行儲(chǔ)熱是目前已知的成本最低廉的儲(chǔ)熱方式，但由于其棘輪效應(yīng)，其熱量的循環(huán)存儲(chǔ)釋放容易對(duì)儲(chǔ)熱罐體造成較大壓力，重則導(dǎo)致儲(chǔ)熱罐體損壞。阿肯色州州立大學(xué)土木工程系教授Panneer Selvam表示，“巖石儲(chǔ)熱這種最傳統(tǒng)的存儲(chǔ)太陽(yáng)熱能的方法有助于Sunshot計(jì)劃太陽(yáng)能熱發(fā)電成本目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，但這種方式的缺陷在于采用傳統(tǒng)的方式把巖石堆積進(jìn)儲(chǔ)熱罐中，其受熱膨脹后將對(duì)罐體產(chǎn)生過(guò)大壓力，恐將引發(fā)罐體破裂的災(zāi)難性后果。”
作為巖石儲(chǔ)熱的一種替代性的創(chuàng)新解決方案，Selvam教授和其博士生Matt Strasser共同設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)性的“變溫層”儲(chǔ)熱系統(tǒng)，這種系統(tǒng)采用平行的混凝土板代替一般的巖石，混凝土板由特殊的混合混凝土組成，這種混凝土是土木工程系副教授Micah Hale研發(fā)的，這種混合混凝土可維持的溫度在600攝氏度（1112華氏度）以上。
研究模擬結(jié)果顯示,利用這種混凝土板進(jìn)行熱存儲(chǔ)的效率是93.9%,高于美國(guó)能源部的目標(biāo)。測(cè)試結(jié)果也表明，混凝土層傳熱不會(huì)對(duì)材料造成損害。更為重要的是，這種儲(chǔ)熱系統(tǒng)的成本僅僅為0.78美元/kwh,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國(guó)能源部提出的儲(chǔ)熱成本目標(biāo)——降低至15美元/kwh。
Selvam教授說(shuō)：“我們的工作表明，這種特殊的混凝土是填充床變溫層儲(chǔ)熱系統(tǒng)應(yīng)用最合適的材料，也是最高效的?；炷翆拥淖畲髢?yōu)點(diǎn)在于生產(chǎn)工藝相當(dāng)簡(jiǎn)單，成本十分低廉，原材料也隨處可見，同時(shí)其擁有特殊的儲(chǔ)熱能力，并且不會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)熱罐的損壞。這將有效增加光熱電站的產(chǎn)能，降低光熱發(fā)電成本。”
注1：如對(duì)此種儲(chǔ)熱技術(shù)感興趣，請(qǐng)聯(lián)系Panneer Selvam教授，他的電子郵箱為[email protected]。
注2：機(jī)械力學(xué)中的棘輪效應(yīng)：材料受力拉伸，如果拉力大于兩倍的屈服極限時(shí)（假設(shè)不會(huì)斷裂），材料的變形由初始彈性變形到沿著屈服極限力的水平線方向塑性變形。外力卸載后，材料由彈性變形縮短，彈性縮短所減少的應(yīng)力最大是兩倍的屈服極限，所以到材料不再?gòu)椥钥s短時(shí)，材料中尚有殘余應(yīng)力，此時(shí)材料將以塑性變形縮短。這樣應(yīng)力重復(fù)加載、卸載，則使每次伸長(zhǎng)的量大于縮短的量，這就是材料中的棘輪效應(yīng)。
