Új anyag, gyártási folyamat Használja a Sun hőjét olcsóbb megújuló villamos energia felhasználásához

A napenergia az Egyesült Államok villamosenergia-mennyiségének kevesebb, mint 2% -át teszi ki, ám ennél többet is felbocsáthat, ha a felhős napokon és éjszaka történő villamosenergia-előállítás és -tárolás költségei olcsóbbak. A Purdue Egyetem vezetése alatt álló csoport kifejlesztett egy új anyag- és gyártási folyamatot, amely a napenergia - mint hőenergia - hatékonyabb felhasználását teszi lehetővé az áramtermelésben. Az innováció fontos lépés a napenergia hő-villamos energiává tételében ...
Vera G. Atwood 2019. január 22
https://reputec.com/wp-content/uploads/2019/01/maxresdefault-3-696x392.jpg

A napenergia az Egyesült Államok villamosenergia-mennyiségének kevesebb, mint 2% -át teszi ki, ám ennél többet is felbocsáthat, ha a felhős napokon és éjszaka történő villamosenergia-előállítás és -tárolás költségei olcsóbbak.

A Purdue Egyetem vezetése alatt álló csoport kifejlesztett egy új anyag- és gyártási folyamatot, amely a napenergia - mint hőenergia - hatékonyabb felhasználását teszi lehetővé az áramtermelésben.

Az innováció fontos lépés annak érdekében, hogy a napenergiával történő hő-villamosenergia-termelést közvetlen költségversenybe helyezzék a fosszilis tüzelőanyagokkal, amelyek az Egyesült Államokban több mint 60% -át termelik az energia.

„A napenergia hőként történő tárolása már olcsóbb lehet, mint az elemekkel történő energiatárolás, tehát a következő lépés az, hogy a napenergiából villamosenergia-előállítás költségeit csökkentse az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának nulla plusz előnye” - mondta Kenneth Sandhage, a Purdue Reilly professzora. Anyagmérnöki munka.

A Purdue-ban, a georgiai technológiai intézettel, a Wisconsin-i Madison Egyetemmel és az Oak Ridge Nemzeti Laboratóriummal együttműködésben végzett kutatást a Nature folyóiratban tették közzé.

Ez a munka összehangolódik a Purdue óriási ugrások ünneplésével, elismerve az egyetem globális előrelépéseit a fenntartható gazdaság és bolygó érdekében a Purdue 150. évfordulójának részeként. Ez az egész életen át tartó ünnepség Ötletek Fesztiváljának négy témája, amelynek célja a Purdue mint valós kérdések megoldó intellektuális központjának bemutatása.

A napenergia nem csak elektromos áramot termel paneleken keresztül a gazdaságokban vagy a háztetőkön. Egy másik lehetőség a hőenergiával működő koncentrált erőművek.

A koncentrált napenergia-erőművek tükrök vagy lencsék segítségével a napenergiát villamos energiává alakítják, így sok fényt koncentrálnak egy kis területre, amely hőt termel, amelyet az olvadt sóhoz visznek át. Az olvadt sóból származó hőt ezután egy „működő” folyadékba, szuperkritikus szén-dioxidba továbbítják, amely meghosszabbodik és működik egy turbina forgatása céljából az elektromos áram előállításához.

A napkollektoros villamos energia olcsóbbá tétele érdekében a turbinamotornak még több villamos energiát kellene előállítania ugyanannyi hőmennyiséghez, ami azt jelenti, hogy a motornak forróbb kell működnie.

A probléma az, hogy a hőcserélők, amelyek hőt továbbítják a forró olvadt sóból a munkafolyadékba, jelenleg rozsdamentes acélból vagy nikkel-alapú ötvözetekből készülnek, amelyek túl lágyak a kívánt magasabb hőmérsékleten és a szuperkritikus szén-dioxid megemelkedett nyomásán.

Azoknak az anyagoknak a ihletésével, amelyeket csoportja korábban kombinált, hogy „kompozit” anyagokat készítsen, amelyek képesek kezelni a magas hőt és nyomást olyan alkalmazásokhoz, mint a szilárd tüzelőanyagú rakétafúvókák, Sandhage együtt dolgozott Asegun Henry-vel, most a Massachusetts Technológiai Intézetben, hogy hasonló képet alkossanak. kompozit a robusztusabb hőcserélőkhöz.

Két anyag mutatott ígéretet együttesen: a kerámia cirkónium-karbid és a fém-volfrám.

A purdue kutatók készítették a kerámia-fém kompozit tányérokat. A tányérok testreszabható csatornákat tartalmaznak a hőcserélés testreszabásához, a csatornáknak a Georgia Tech által Devesh Ranjan csapata által végzett szimulációi alapján.

Edgar Lara-Curzio csoportjának az Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumban végzett mechanikai tesztelései, valamint a Mark Anderson Wisconsin-Madison-féle korróziós tesztek segítségével megmutatta, hogy ezt az új kompozit anyagot úgy alakíthatták ki, hogy sikeresen ellenálljon a magasabb hőmérsékletnek, nagynyomású szuperkritikus szén-dioxidnak a termeléshez. az elektromosság hatékonyabb, mint a mai hőcserélők.

A Georgia Tech és a Purdue kutatói által végzett gazdasági elemzés azt is kimutatta, hogy ezen hőcserélők méretarányos gyártását összehasonlítható vagy alacsonyabb költségekkel lehet elvégezni, mint a rozsdamentes acél vagy nikkel ötvözet alapú hőcserélőknél.

"Végső soron a folyamatos fejlesztés révén ez a technológia lehetővé tenné a megújuló napenergia nagymértékű bejutását az elektromos hálózatba." - mondta Sandhage. "Ez jelentősen csökkentené a villamosenergia-termelésből származó ember okozta szén-dioxid-kibocsátást."

Erre a fejlesztésre szabadalmi bejelentést nyújtottak be. A munkát az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma támogatja, amely a közelmúltban kiegészítő támogatást is kapott a technológia továbbfejlesztésére és méretezésére.