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科技环境

技术革新太阳能也可储存

利用太阳能发电是件好事,但太阳白天才有。太阳落山后,人们还要用电。怎么能把白天的能量存到夜间用呢?由于电能不好储蓄,所以研究人员想到一条曲折路线:先以热能形式把太阳能储蓄起来,然后夜间再利用储蓄起来的热能发电。德国科研人员现在开发了一种混凝土蓄热装置,可以把白天的太阳能储蓄到温度可达400摄氏度的介质中。这种蓄热装置简便易行,适合在发展中国家推广。

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先把被加热的油输入蓄热器,直到油的温度达到近400度,然后再把冷油输入蓄热器,把储蓄的热能交换出来,这就是德国航空航天中心技术热动力学研究所的科研人员在斯图加特大学的试验场地搭建的混凝土蓄热示范装置的基本原理。该研究所的工程研究人员莱因克(Dörte Laing)介绍说:"这个蓄热装置看上去就是一个大混凝土块,但里面布满输油管道,管道里流的是载热油,可以加热混凝土,也可以把混凝土储蓄的热吸收出来。"

混凝土的蓄热性能好,我们每个人夏天都深有体会:太阳早落山了,广场上的混凝土地板还暖洋洋的。混凝土的成分80%是沙石,因此,混凝土蓄热器的造价相对较低。它可用在太阳能光热发电站,也就是利用太阳热能生产蒸汽,再通过蒸汽轮机生产电力。莱因克说:"我们收集太阳能,加热载热油,然后再通过普通的蒸汽轮机发电机组发电。白天多收集到的热能,存在混凝土蓄热器里,以便晚上延长发电时间。"

德国的太阳能资源不大,因此这样的发电装置在德国不值得,但在其他阳光高照的地区,比如撒哈拉沙漠,就很值得,而且,混凝土的主要原料--沙子和砾石,在那里几乎免费。因此,莱因克表示:"混凝土的好处是价格低。其实,蓄热方式有很多,有些设计非常巧妙,比如用水,但水只适合低温范围。超过100度,就需要压力容器。而当温度达到400度时,用水就毫无意义了。"

大型太阳能收集设备可达到300到1000度的温度,因此,西班牙的阿尔梅里亚太阳能光伏试验场使用的是另一种蓄能技术。莱因克说:"目前这些太阳能光热发电站使用液态盐蓄热,白天利用阳光把盐的温度从290度加热到390度,夜间再放热发电。"

温度再高时,该研究所开发了相变蓄热器,它利用的是一种物质从固态变为液态时吸收热能、由液态返回来变为固态的时候释放热能的特性。这种蓄热器的构造比较复杂,造价也高,但蓄热能力每立方米达100千瓦小时,比混凝土蓄热器高4到5倍。

但其实,混凝土蓄热器做起来也不是那么简单。因为金属管道和混凝土的热膨胀系数不同,热胀冷缩的长度不一样,因此还不能直接在管道上浇注混凝土,否则温度变化时会生成裂纹。研究人员想出的解决办法是在管道上裹一层石墨,和混凝土隔开,使管道和混凝土可以相互独立地伸缩。莱因克说:"这个措施对改善蓄热器的长期稳定性很重要。而且,用石墨做隔离层,即可以减少其内部张力,又可以改进管道和混凝土之间的热传递。"

蒸汽轮机发电机组的使用寿命今天一般都在30年左右,至于混凝土蓄热器的使用寿命能不能达到30年,目前还很难说,因为在高温下混凝土的性能和普通建筑物的完全不一样。迄今的测试结果令人乐观。和其他蓄热器相比,混凝土蓄热器还有一个好处,那就是可以灵活配置:发电机组装机容量大的时候,多配几个混凝土块儿就行了。