太陽能熱發電將在美國重新崛起？科學家們正在努力提高其集熱溫度
在美國新墨西哥州阿爾伯克基市的南部邊緣有一片裝滿了鏡子的場地。在這片場地的中央是一座61米高的鐵塔。這里是由美國桑迪亞國家實驗室所運營的國家太陽能熱發電測試設施。在這里，研究人員們正在研發更熱、更便宜、更高效的太陽能熱發電技術。 這里的數百面鏡子的作用是把陽光聚焦在鐵塔上方的接收器上。在傳統的太陽能熱發電系統
但是太陽能熱發電最大的問題在于建設和運營的成本太高。在加州的莫哈韋沙漠里，于2014年建成、擁有17萬面鏡子的伊萬帕太陽能發電廠的造價為22億美元。但是自上線起，伊萬帕電廠就被高成本、低發電量、一場火災以及公用事業委員會威脅停產等各種事情所纏繞著。其實早在1980年代，LuzInternational公司曾在同一片沙漠里建立了9座使用早期技術的太陽能熱發電廠。可惜在政府支持性政策結束之后，它們全都因為高運營成本而倒閉了。
據拉扎德公司去年12月份發表的一份平均能源成本分析顯示，有配套儲能設施的太陽能熱發電廠每兆瓦時成本為119～182美元。相比之下，天然氣聯合循環發電廠每兆瓦時的成本為48～78美元。據美國國家可再生能源實驗室2015年發布的一份報告顯示，后者的每千瓦造價只有前者的1/8。
美國能源部的研究人員曾證明，若想提高太陽能熱發電廠的效率，首先需要從傳統的蒸汽渦輪發電變成超臨界二氧化碳布雷頓循環，即在高溫高壓的環境下，二氧化碳會同時擁有液體和氣體的特征，而這將極大地提高其能量轉換率。
今年5月份發表于《科學》的一篇論文顯示，超臨界二氧化碳布雷頓循環的效率將會比傳統的蒸汽渦輪機高30%。而問題在于，這種新型能量循環需要至少700°C以上的溫度，以及可以在這樣高溫下運行的熱交換系統才能充分發揮其潛力。
美國國家可再生能源實驗室給出的三種技術都是為了提高集熱的溫度。而每種技術都有各自的潛力和缺陷。熔鹽已經屬于可用技術了，但是若是想要使用工作溫度更高的熔鹽，則將需要更耐用的密封材料、管道和泵。氣體技術則可以使用二氧化碳和氦這種相對來說更容易管理的氣體，但是研究人員還需要進行更多的研究，以盡量減少氣體循環時的能量消耗。
桑迪亞實驗室的下落顆粒接收器，是根據三種技術中最接近可以工作的設計原型建造的。工程師們在2015年7月就把它架在了國家太陽能熱發電測試設施的中央塔上。
它所使用的顆粒主要是由氧化鋁和氧化鐵所組成的。當它們從聚焦陽光中下落之后，它們會被一個電梯運回頂端繼續循環。桑迪亞實驗室工程師CliffHo表示，他們曾經實現過900°C的高溫。
在目前的階段，這個接收器并沒有與任何其他設備進行連接。但是桑迪亞的團隊正在與私人承包商進行合作，計劃開發一款可以將顆粒的熱量交換給加壓閉環內流動的二氧化碳的熱交換機。
與此同時，桑迪亞實驗室的另外一個團隊正在開發和測試超臨界二氧化碳循環。不過，CliffHo的團隊選擇為他們的太陽能熱發電設施獨自開發一個專用的循環系統。他們計劃在明年3月份完成熱交換器的制造，并在之后的不久完成二氧化碳循環系統的制造。如果一切按照計劃實現，明年夏天他們的整個系統就能進行整體測試了。
作者： 來源：DeepTech深科技 責任編輯：wutongyufg
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