隨處可見的泡沫和氣泡膜將引領光熱發電進入低價時代？
發布者：本網作者Catherine | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 5339查看 | 2016-08-28 17:22:00
太陽能光熱利用的應用范圍包括光熱發電、海水淡化、食品加工、農作物烘干、化學及制冷等諸多領域。然而，即使在晴朗的天氣條件下，能夠到達地球表面的太陽光平均每平方米也只有1000瓦左右。因此，如果要將其應用于上述領域，通常需要使用大量反射鏡或透鏡將陽光集中起來，并使用支撐結構和跟蹤系統來幫助它們跟蹤太陽軌跡，而這種集熱系統的造價往往十分昂貴。
CSPPLAZA光熱發電網報道：日前，來自美國麻省理工學院的科學家們研發出一種無需反射鏡進行集熱，在正常光照下即可使水沸騰，并產生蒸汽的浮動式熱利用系統，而且這種系統在成本上具有極大優勢，有望讓更多人開始使用太陽能資源。
據了解，該項目始于2014年，目前已經獲得了非常大的進展。首先這個設備可以在沒有任何光學技術的幫助下達到100攝氏度甚至更高，同時這種新成果的原料非常容易被商業化運用，基本上都是一些常見的泡沫材料和氣泡膜，而組合到一起就可以形成加熱的功能。
幾分鐘即可達到最高工作溫度
據麻省理工學院的機械工程師George Ni介紹，這種浮動式熱利用系統的太陽能接收器包括多層結構，底層由有助于整個結構浮起的泡沫組成，頂層是透明的氣泡膜，讓陽光可以達到位于中間的吸熱層。吸熱層是一個包裹在陶瓷和金屬混合體中的銅片，因為銅是很好的熱導體，它能有效地吸收太陽光所蘊含的熱量。
圖：麻省理工學院研發的新型光熱系統
一個類似于燈芯的棉條穿過泡沫，到達底層的冷卻水并將其吸到接收器中，在泡沫和吸收層之間放置棉織物幫助擴散吸入的水。水在吸熱層被加熱并產生蒸汽，蒸汽通過一個插槽穿過氣泡膜和吸收層進行采集。
整體設計的關鍵點在于如何保存它內部的熱量。泡沫可以防止吸熱層接觸底層的冷卻水發生熱量損失，而氣泡膜阻止了蒸汽穿過吸熱層向空氣散熱。這項系統在2015年8月至9月間在麻省理工學院進行了日間屋頂實驗。實驗結果顯示，太陽接收器能在幾分鐘內達到最高工作溫度。
Ni表示，“我們發現在這個系統中氣泡膜的表現相當令人驚訝，如此常見而又廉價的材料在太陽能應用中竟然能有如此良好性能。它的透明度足以讓太陽光直達吸收層。同時，它的真空氣囊又像一個溫室一樣將吸收的熱量儲存起來，從而達到更高的效率。”
造價僅為聚光熱利用系統的1/30 未來會更低
該系統的研究人員稱，由于他們使用的均為市場中廉價而又常見的材料，系統整體的成本僅約為每平方米6美元。他們建議通過使用更便宜的材料，成本可進一步下降至每平方米2美元。相比之下，使用聚光器跟蹤太陽的太陽能熱利用系統的成本高達每平方米200美元左右。
圖：研究人員正在進行試驗
據悉，該系統可同時產生高溫蒸汽和低溫蒸汽。其中，蒸汽發生效率約為20%，而低溫水蒸氣發生效率則高達70%。
這種浮動式熱利用系統短期內有望應用在海水淡化和廢水處理領域。針對海水淡化領域的應用，研究人員將對系統進行調整，以最大限度地提高低溫水蒸氣的生產能力，然后對水蒸氣進行冷凝來進行淡水收集。若用于廢水處理，該系統可以將廢水中的大部分水分變成蒸氣消散到大氣中，只留下少量，更易于管理被濃縮的廢物。
至于在光熱發電領域的應用，如何給產生的蒸汽加壓是這個系統亟待解決的難題，麻省理工學院的機械工程師、資深作者陳剛表示，“現有的研究成果會鼓勵我們繼續克服挑戰，將該系統向著這一方向不斷完善。”
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