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每年可为光热电站节约最高85%水量?来了解下这种新型冷却技术

2022.06.17 来自:

辐射制冷(Radiative Cooling)是利用部分可以穿透大气层的特定波长电磁波,将物体的多余热量以红外辐射的形式永久地“扔”进宇宙的制冷方式。由于其不耗能、不费电的特点,尤其是近几年由于纳米光学和超材料的研究,实现了在白天太阳直射下仍能将物体降温,辐射制冷吸引了世界各国科研人员和社会有识人士的广泛关注。


为应对能源和气候危机,全球正在向可持续能源经济转型,而完全清洁且具备基荷属性的光热电站也正在成为当前能源大形势下的重要参与者。


光热电站需要利用大量反射镜将阳光集中到吸热器上,然后通过涡轮机或蒸汽机将太阳能转化为电能。然而,蒸汽机需要均匀冷却以保持较高的能量转换效率。


一般来说,蒸汽机发电项目利用水密集型湿式冷却技术来分散产生的余热。但由于蒸发作用该过程会损失大量水,因此需要持续供水。


图:正在用水清洗的反射镜


这带来了一个严重的问题——因为大多数光热发电项目都建在炎热、干燥、水资源有限的地区。


那么,能否有一种冷却方案,既可以使电厂的湿式冷却用水量有效降低,同时让系统保持较高的能量转换效率?由华中科技大学杨荣贵教授领导的一个研究小组对此给出了肯定答案。


据发表在2022年2月25日的《储能与节能》杂志上的一项研究报告显示,由华中科技大学杨荣贵教授领导的一个研究小组开发了一种结合了辐射冷却和冷库的冷却方法,当该技术与湿式冷却技术一起使用时,用水量会有效减少,因此该技术可作为采用湿式冷却光热电站的补充冷却技术。



了解该技术更多详情,可查看如下报道:


【科学前沿】《科学》刊发能源学院杨荣贵团队辐射制冷技术研究成果


而杨荣贵教授团队开发的辅助冷却方法融合了干冷却和湿冷却的优点。冷库辐射冷却是一种干冷却方法,它涉及由高度太阳反射材料制成的冷却器,具有将选择性红外波长的热量直接散热到深空而不被周围环境吸收的能力。


当被问及研究背后的动机时,杨荣贵教授表示,“恶劣的环境,以及农业、工业和家庭使用等其他部门对水的需求日益增长,对发电厂的水资源造成严重竞争。因此,我们想开发一种技术,既能减少发电厂的湿冷却耗水量,又能保持理想的热效率。”


冷库辐射冷却是一种干冷却方法,它涉及由高度太阳反射材料制成的冷却器,具有将选择性红外波长的热量直接散热到深空而不被周围环境吸收的能力。


研究人员在美国莫哈韦太阳能项目等参考光热电站的蒸发冷却塔中添加了辐射冷却系统。为了分析所设计系统的潜力,他们还制作了计算机模型,以监测只在白天使用辐射冷却系统和日夜使用辐射冷却系统等不同情景下的节水潜力。同时,研究人员在美国3000多个地区的不同天气条件下对其冷却和节水潜力进行了研究。


结果表明,在美国西南部炎热的地区,如果仅白天采用辐射冷却技术,每年的用水量可以减少40%到60%;如果辐射系统和冷库能够昼夜运转,年节水潜力可高达65%至85%。


该技术为保持采用湿式冷却技术光热电站热效率的同时降低耗水量提供了一条有效途径,该项研究所获得的知识可能有助于为光热发电项目开发复杂的全天候冷却系统。


谈到该技术的未来应用前景,杨荣贵教授表示:“未来40年,全球发电行业的用水量预计将翻一番。我们的补充冷却系统设计可以帮助解决位于沙漠和干旱地区缺水地区的发电厂日益增长的用水需求。”


附英文报道链接:https://helioscsp.com/cooling-method-for-concentrated-solar-power-plants-saves-water-by-using-radiative-cooling-systems/




相关线下活动:


第十二届光热发电中国聚焦大会2022(时间待定,中国北京)

第五届光热发电中东北非大会2022(时间待定,阿联酋迪拜)


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