美國阿肯色州州立大學的工程研發(fā)人員日前宣布開發(fā)出了新型的光熱電站儲熱系統(tǒng)，其聲稱這種儲熱系統(tǒng)集成于光熱電站將可以大大增加年發(fā)電量，顯著降低發(fā)電成本。
該項目是在美國能源部2008年Sunshot計劃“先進傳熱介質和創(chuàng)新型儲熱系統(tǒng)概念設計”的項目支持下完成的，項目獲得了77萬美元的研發(fā)資金支持。
據(jù)悉，采用巖石進行儲熱是目前已知的成本最低廉的儲熱方式，但由于其棘輪效應，其熱量的循環(huán)存儲釋放容易對儲熱罐體造成較大壓力，重則導致儲熱罐體損壞。阿肯色州州立大學土木工程系教授Panneer Selvam表示，“巖石儲熱這種最傳統(tǒng)的存儲太陽熱能的方法有助于Sunshot計劃太陽能熱發(fā)電成本目標的實現(xiàn)，但這種方式的缺陷在于采用傳統(tǒng)的方式把巖石堆積進儲熱罐中，其受熱膨脹后將對罐體產生過大壓力，恐將引發(fā)罐體破裂的災難性后果。”
作為巖石儲熱的一種替代性的創(chuàng)新解決方案，Selvam教授和其博士生Matt Strasser共同設計了一種結構性的“變溫層”儲熱系統(tǒng)，這種系統(tǒng)采用平行的混凝土板代替一般的巖石，混凝土板由特殊的混合混凝土組成，這種混凝土是土木工程系副教授Micah Hale研發(fā)的，這種混合混凝土可維持的溫度在600攝氏度（1112華氏度）以上。
研究模擬結果顯示,利用這種混凝土板進行熱存儲的效率是93.9%,高于美國能源部的目標。測試結果也表明，混凝土層傳熱不會對材料造成損害。更為重要的是，這種儲熱系統(tǒng)的成本僅僅為0.78美元/kwh,這遠遠低于美國能源部提出的儲熱成本目標——降低至15美元/kwh。
Selvam教授說：“我們的工作表明，這種特殊的混凝土是填充床變溫層儲熱系統(tǒng)應用最合適的材料，也是最高效的。混凝土層的最大優(yōu)點在于生產工藝相當簡單，成本十分低廉，原材料也隨處可見，同時其擁有特殊的儲熱能力，并且不會導致儲熱罐的損壞。這將有效增加光熱電站的產能，降低光熱發(fā)電成本。”
注1：如對此種儲熱技術感興趣，請聯(lián)系Panneer Selvam教授，他的電子郵箱為rps@uark.edu。
注2：機械力學中的棘輪效應：材料受力拉伸，如果拉力大于兩倍的屈服極限時（假設不會斷裂），材料的變形由初始彈性變形到沿著屈服極限力的水平線方向塑性變形。外力卸載后，材料由彈性變形縮短，彈性縮短所減少的應力最大是兩倍的屈服極限，所以到材料不再彈性縮短時，材料中尚有殘余應力，此時材料將以塑性變形縮短。這樣應力重復加載、卸載，則使每次伸長的量大于縮短的量，這就是材料中的棘輪效應。
