有办法在晚上获得太阳能吗?

由:茱莉亚•莱顿

太阳热收集器能够在太阳下山后保持电厂的运行。查看更多绿色科学图片
图片由环境影响评价/ NREL

如果你曾经购买过碳补偿,你可能会注意到,大部分或全部的购买价格都流向了风能,而不是太阳能。在大规模替代能源领域,风能占据主导地位,主要是因为它更便宜。但最近太阳能生产的发展可能使太阳能成为更可行的选择。

在大多数情况下,太阳能转化为电能的方式有两种:一是利用光伏电池,利用吸收光子并释放电子的半导体材料将太阳光转化为电能;或者使用太阳能热涡轮机,利用太阳的热量产生蒸汽,然后旋转涡轮机发电。这是一个太阳热能电厂这是一个巨大的变化。

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太阳能的最大问题也是最明显的一个:太阳并不是一直发光的。在夜间或阴天,发电厂根本无法获得太阳能。这使得太阳能发电很昂贵,因为发电厂不能24小时运转。云层在头顶飘浮,发电厂突然陷入能量停滞,不再生产任何东西。它也使得太阳能发电在某些时候无法使用——比如在电力需求最大的晚上。

解决办法很简单:储存太阳能,这样在没有太阳的时候就可以使用了。不幸的是,实施这一解决方案一直非常困难——直到最近的一项突破使太阳能存储成为能源行业的现实选择。

在这篇文章中,我们将了解如何有效地储存太阳能,这样我们就可以在太阳落山时使用它。我们还将研究第一个使用该技术的商业发电厂,以了解该系统如何工作。

使突破成为可能的储存材料或许就在你的厨房里。

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储存阳光

一组集热器能够收集太阳能,储存起来供以后使用。"width=
一组集热器能够收集太阳能,储存起来供以后使用。

储存太阳能的想法并不新鲜。人们一直在试图设计一种方法来暂停这一过程——在将阳光中的能量转化为电能之前,先将其保留一段时间——只要太阳能还是一种电力选择。然而,之前的所有尝试都有令人望而却步的问题。

有些人试图通过将太阳能泵到山上来储存能量,在那里能量会一直保持,直到水流下来,释放能量。压缩然后再解压缩空气是另一种选择。但这两种方法都浪费能源——只有大约80%的太阳能被另一端回收[来源:biello]。电池的效率也非常低,这使得它们过于昂贵,无法成为可行的大规模存储选择。你可以在咖啡保温瓶中储存相当于笔记本电脑电池容量的能量,而笔记本电脑电池的价格是笔记本电脑电池的10倍。瓦尔德].

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这就是突破的所在:热量很容易储存。

这就是保温瓶的作用,储存咖啡的热量。在太阳能热电厂中,热量会产生电力,所以储存热量是一种暂停过程的方法:让太阳加热某物,让它一直热到太阳落山,然后利用这些热量产生蒸汽,推动涡轮机。

当然,就像储存热量相对容易一样,你必须找到适合太阳能应用的物质。为了储存运行太阳能热电厂的极端热量,这种物质必须在高温下保持稳定——在750华氏度(400摄氏度)的区域——否则你会遇到汽化和压力变化的问题[来源:Bielo]。这种物质便宜又容易获得,这也很有帮助。

在你的橱柜里,你可能会在炒鸡蛋、玛格丽塔酒杯和毛豆上放一些白色的水晶状东西:盐。盐只有在非常高的温度下才会融化,在非常非常高的温度下才会蒸发,而且几乎可以无限地、低成本地供应盐。此外,它只损失了投入其中的能量的7%[来源:biello]。

事实上,第一个配备盐储存装置的太阳能发电厂并没有使用食盐。它使用的是一种不同的盐混合物,通常用作肥料,是钠和硝酸钾的混合物。位于西班牙格林纳达的Andasol 1号电厂装满了30,865吨(28,000吨)的原料[来源:Bielo]。

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Andasol 1

抛物线槽式太阳能集热器系统可以将管道中的石油加热到极高的温度。"width=
抛物线槽式太阳能集热器系统可以将管道中的石油加热到极高的温度。

西班牙的Andasol 1号发电厂于2008年11月开始发电,只要有阳光,它的运行方式就和其他的太阳能热电厂没什么区别。阳光照射在某种太阳能集热器上——在这种情况下,抛物线槽反射镜聚焦在装满油的管子上,管子会被加热到超过752华氏度(400摄氏度)。热油用来煮沸水,产生蒸汽,使涡轮机旋转。

只有在没有阳光的时候存储系统才会影响发电。设置是这样的:

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Andasol 1号的太阳能集热器面积足够大,可以收集几乎两倍于工厂在阳光充足的时候运行所需的阳光。额外加热的油被送到热交换器中,热交换器在巨大的熔盐桶之间运行。一缸装着相对较冷的熔融盐(大约500华氏度或260摄氏度),这些盐被泵入热交换器,从油中获取热量。此时,温度更高的熔盐(752华氏度或400摄氏度)流入第二个缸,直到太阳落入云后。

当电厂需要储存的热量时,较热的熔盐通过热交换器被抽回。在那里,它将热量传递给油,油会产生蒸汽。更热的油会流向动力中心,现在已经冷却的熔盐会流回冷却罐。然后整个过程又重新开始。

利用盐来储存太阳的热量,该发电厂可以在没有阳光的情况下运行,运行时间几乎是其他太阳能发电厂的两倍。盐存储装置使Andasol 1号发电能力比没有盐的情况下高出50%——17.8万兆瓦时[来源:相当].这种额外的发电能力降低了电厂发电的总成本。它最终可能会与天然气发电的成本相匹敌。

这种储存盐的装置并不是储存太阳能的唯一设计。一些植物正在考虑使用一种更直接的方法,即跳过油——它们可以在盐中收集并储存太阳的热量。沙子是另一种潜在的储热材料。

另一个小组开发了一种系统,模仿光合作用的分子效应来储存太阳能:它利用阳光将水分子分解成氢和氧,然后将它们重新组装在燃料电池中。

更多关于太阳能储存和相关主题的信息,请浏览下一页的链接。

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更多的信息

HowStuffWorks相关文章

  • Bielo,大卫。“如何在晚上使用太阳能。”《科学美国人》。2月18日,2009. http: / / www.sciam.com/article.cfm ? id = how-to-use-solar-energy-at-night
  • Fairley,彼得。“最大的太阳能热存储工厂即将启动。”IEEE频谱。10月2008. http: / / spectrum.ieee.org/oct08/6851
  • Trafton,安妮。“麻省理工学院的‘重大发现’准备发动太阳革命。”麻省理工学院的新闻。7月31日,2008. http: / / web.mit.edu/newsoffice/2008/oxygen - 0731. - html
  • 瓦尔德,马修·L。“为夜间和阴天储存太阳能的新方法”纽约时报。4月15日,2008. http: / / www.nytimes.com/2008/04/15/science/earth/15sola.html

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