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        陶瓷在太陽能系統(tǒng)中應用


        來源:中國粉體網   空青

        [導讀]  熱力用方面,陶瓷太陽能目前應用在建筑采暖、生活熱水制取,展現(xiàn)出較強的技術和成本優(yōu)勢,在“雙碳”經濟背景下,陶瓷太陽能將有更大的發(fā)展空間。

        中國粉體網訊  當前,歐洲能源危機,讓不少人意識到可再生資源的重要性。太陽作為取之不盡用之不竭的優(yōu)質能源,合理利用實現(xiàn)能量轉換投入利用是一大好事。近幾年也有不少關于陶瓷材料用于太陽能系統(tǒng)的研究。


        1、黑瓷復合陶瓷太陽板


        陶瓷材料應本身的材質優(yōu)勢可被應用在塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的吸熱器上,最具有代表性的就是黑瓷復合陶瓷太陽板,其吸收體材料——無白度要求的普通陶瓷,是目前已知的成本最低、使用壽命最長、性能最穩(wěn)定的工程材料之一。



        其涂層材料為釩鈦黑瓷,釩鈦黑瓷的原材料可從工業(yè)廢棄物提釩尾渣中取得,其成本低廉,約為同質量硼硅玻璃及鋼材的1/10。陶瓷具有防凍、抗老化、抗腐蝕、易制造等特點,以此該太陽能集熱器有著傳統(tǒng)類型無可比擬的優(yōu)勢。其次陶瓷太陽板導熱系數(shù)與金屬之間導熱系數(shù)差別不大,其太陽能加熱過程是穩(wěn)定傳熱過程,非瞬間傳熱過程。


        2、堇青石-莫來石儲熱陶瓷


        太陽能發(fā)電技術真正做到了能源的清潔與利用,在高效利用的同時,儲熱系統(tǒng)也是最為重要的一環(huán),儲熱系統(tǒng)有效的解決和平衡了太陽光輻射和能源利用的同步問題。陶瓷儲熱材料主要包括粘土、剛玉、莫來石、氧化鋯、鈦酸鋁、碳化硅和堇青石等,這些材料具有原料來源廣泛、耐腐蝕等優(yōu)勢,但也存在抗熱震性能差和儲熱密度小的問題,因此制備滿足太陽能熱發(fā)電高溫儲熱材料性能要求的堇青石-莫來石儲熱陶瓷要合理設計堇青石和莫來石復合品相的種類,且耐高溫的特性使其儲熱溫度更高,儲熱溫度范圍更寬。以合成莫來石和合成堇青石為原料,廢玻璃粉和鈦酸鋁為燒結助劑,采用常壓燒結制備的莫來石-堇青石復相陶瓷,可用作太陽能發(fā)電用的輸熱管道材料。


        3、碳化硅儲熱陶瓷


        碳化硅陶瓷是一種重要的高溫結構陶瓷材料,具有耐高溫、強度高、導熱系數(shù)大、熱膨脹系數(shù)小,有較好的抗熱震性能以及化學性能穩(wěn)定等特性,完全符合太陽能儲熱材料的要求。我國八達嶺太陽能熱發(fā)電站利用泡沫碳化硅陶瓷作為集熱塔上的吸熱材料,有研究結果表明,采用燒結碳化硅制成的吸熱體可以使該吸熱器獲得高達1200℃的出口空氣溫度,材料沒發(fā)生破壞。


        4、陶瓷金屬復合材料板材


        到目前為止,光熱電站一般仍使用導熱油或熔鹽作為傳儲熱介質,系統(tǒng)溫度因此被限制在550攝氏度左右,效率也因此被限制。




        為了削減成本和拓寬光熱市場機會,美國普渡大學開發(fā)了一種新的材料和制造工藝,可以將太陽能儲存為熱能,更有效地發(fā)電。這種材料叫陶瓷-金屬復合材料板材,由陶瓷碳化鋯和金屬鎢制成。


        正常集中式太陽能發(fā)電廠通過使用鏡子或透鏡將太陽能轉化為電能,將大量光線集中到一個小區(qū)域,從而產生熱量傳遞給熔鹽;然后將來自熔融鹽的熱量轉移到“工作”流體,超臨界二氧化碳,其膨脹并用于旋轉渦輪機以產生電力。為了使太陽能電力更便宜,渦輪發(fā)動機就需要更多的熱量產生電力。而將熱量從熱熔融鹽傳遞到工作流體的熱交換器,目前由不銹鋼或鎳基合金制成,這些合金在所需的較高溫度和超臨界二氧化碳的高壓下變得太軟。


        陶瓷-金屬復合材料板材在測試階段表現(xiàn)出的主要性能是優(yōu)化的斷裂強度,對SCO2(超臨界二氧化碳)的耐腐蝕性和導熱系數(shù)比鋼或鎳基合金高出兩到三倍(超過700攝氏度運行溫度下)。


        隨著技術完善,最終,這項技術將允許可再生太陽能大規(guī)模滲透到電網中,大量減少化學電力生產中的二氧化碳。


        熱力用方面,陶瓷太陽能目前應用在建筑采暖、生活熱水制取,展現(xiàn)出較強的技術和成本優(yōu)勢,在“雙碳”經濟背景下,陶瓷太陽能將有更大的發(fā)展空間。


        參考來源:

        王玎等人:陶瓷太陽能集熱板研究進展

        吳建鋒等人:太陽能熱發(fā)電用堇青石-莫來石儲熱陶瓷的研制

        田江洲:太陽能熱發(fā)電用SiC儲熱陶瓷材料的研究

        CSPPLAZA光熱發(fā)電平臺:金屬陶瓷帶來換熱器材料革新 超臨界二氧化碳光熱發(fā)電技術商業(yè)化更進一步


        (中國粉體網編輯整理/空青)

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        作者:空青

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