Purdue malzeme mühendisliği profesörü Kenneth Sandhage, güneşin ısısından yenilenebilir elektrik üretme maliyetlerini azaltmanın yollarını araştırıyor. Kredi: Purdue Üniversitesi fotoğrafı / Rebecca McElhoe
Güneş enerjisi ABD elektriğinin yaklaşık% 2’sini oluşturuyor, ancak bu elektriği üretmek daha ucuz olsaydı ve bulutlu günlerde ve gece kullanıma hazır hale getirmek daha yaygın hale gelebilirdi.
Purdue Üniversitesi mühendisleri, bu maliyetleri düşürmek için, konsantre güneş enerjisi santralleri adı verilen tesislerin elektrik üretme şeklini iyileştirmenin yollarını geliştiriyor. Bu tesisler, güneş ışığından yakalanan ve binlerce aynanın odakladığı ısıyı küçük bir alana depolayarak yoğun olmayan zamanlarda güç sağlar.
Bu araştırmadaki gelişmeler, ABD’de elektriğin% 60’ından fazlasını üreten fosil yakıtlarla doğrudan maliyet rekabetine güneş ısısından elektrik üretimine sokulması için önemli adımlardır.
Çiftliklere ve çatılara kurulan güneş paneli sistemleri, genellikle güneşten elektrik üretmek için kullanılır ve daha sonra pilleri kullanarak enerji depolamak için kullanılır, ancak konsantre güneş enerjisi santralleri daha düşük bir maliyetle büyük ölçekli enerji depolaması sunabilir.
Purdue’nun Reilly Malzeme Mühendisliği Profesörü Kenneth Sandhage, “Güneş enerjisini ısı olarak depolamak, pillerle enerji depolamaktan daha ucuz olduğu için, bir sonraki adım güneşin ısısından elektrik üretme maliyetini düşürmek” dedi.
ABD’de yalnızca 11 konsantre güneş enerjisi santrali var, ancak bu santralleri kullanarak elektrik üretme maliyeti 2010’dan bu yana% 50’den fazla düştü. Purdue araştırmacıları, fosil yakıtlarla rekabet edebilmek için konsantre güneş enerjisi maliyetlerini daha da düşürmek için çalışıyor.
Deniz suyundan çözüm aramak
Konsantre güneş enerjisi santrallerinin elektrik üretmesini daha ucuz hale getirmek için, bu santrallerin türbinlerinin çok daha yüksek sıcaklıklarda çalışması gerekiyor. Türbinler şu anda yaklaşık 1.022 Fahrenheit derece sıcaklıkta çalışıyor.
Türbinleri 1,382 Fahrenheit veya daha yüksek derecede çalıştırarak, konsantre bir güneş enerjisi santrali, ısı enerjisini elektriğe daha verimli bir şekilde dönüştürebilir. Bu aynı zamanda, tesislerin günde 24 saat elektrik üretebilmesi ve elektrik talebindeki dalgalanmalara hızlı bir şekilde yanıt verebilmesi için daha yüksek sıcaklıklarda düşük maliyetli güneş ısısı depolamasını da gerektirir.
Konsantre güneş enerjisi santralleri, erimiş tuzları ısıtarak güneşten enerji depolayabilir, ancak şu anda kullanılan erimiş nitrat tuzları 1,382 Fahrenheit derecesinde bozunacaktır. Sandhage ve alandaki diğer araştırmacılar, daha yüksek sıcaklıklarda yeterince kararlı kalabilen klorür bazlı tuzlar için deniz suyuna yöneliyorlar.
Ancak araştırmacıların şimdiye kadar incelediği magnezyum klorür-potasyum klorür içeren tuzlar gibi deniz suyundan türetilmiş erimiş klorürler, ortam havasında 1,382 Fahrenheit derecesinde oksidasyonla bozunuyor.
Araştırmacılar, daha yüksek sıcaklıklarda düşük maliyetli ısı depolaması için kullanılan erimiş tuzu geliştirerek, konsantre güneş enerjisi santrallerinin elektriği daha verimli ve ucuza üretmesine yardımcı olabilir. Kredi: Purdue Üniversitesi fotoğrafı / Rebecca McElhoe
Materials Today’de yayınlanan bir çalışmada, Sandhage’in araştırma grubu, deniz suyundan türetilmiş farklı bir kalsiyum klorür-sodyum klorür bileşimi olan erimiş tuzun 1,382 Fahrenheit derece ortam havasında oksidasyona karşı oldukça dirençli olduğunu öngördü ve gösterdi.
Sandhage’in araştırma grubu ayrıca nikeli korozyona dayanıklı hale getirmenin bir yolunu geliştirdi, böylece kalsiyum klorür-sodyum klorür bileşimi gibi erimiş bir tuzu daha iyi içerebildi.
Sandhage, “Kararlı ve bol miktarda tuzu belirledik ve gösterdik ve enerjiyi güneş parlamadığında kullanılmak üzere depolamak için tuzu uzun süre tutmak için bir koruma stratejimiz var,” dedi.
Her seferinde bir adım ısıyı yükseltmek
Konsantre güneş enerjisi santrallerinden elektrik üretme maliyetlerini düşürmeye devam etmek için, elektrik üretim sürecindeki diğer adımların da daha yüksek sıcaklıklarla başa çıkması gerekiyor.
Bu adımlardan biri, ısı eşanjörü adı verilen cihazlar aracılığıyla, erimiş bir tuzdan yüksek basınçlı bir çalışma sıvısına ısı aktarımıdır. Isıtma üzerine, çalışma sıvısı elektrik üretmek için türbini genişler ve döndürür.
Kompakt, uygun maliyetli ısı eşanjörleri tipik olarak, yüksek basınçlı bir çalışma sıvısı ile 1,382 Fahrenheit derecesinde kullanım için çok yumuşak hale gelen paslanmaz çelik alaşımlarından yapılır.
2018’de Sandhage ve ortakları, Nature’da seramik-metal kompozit malzemeden yapılmış ısı eşanjörlerinin elektriği daha verimli bir şekilde üretmek için gereken daha yüksek sıcaklıklara ve basınçlara nasıl dayanabileceğini ortaya koyan bir makale yayınladılar. Purdue araştırmacıları, katı yakıtlı roket nozullarında 4000 Fahrenheit derecenin üzerinde başarıyla test edilmiş malzemeleri kullanarak bu kompozit bazlı ısı değiştiriciyi icat ettiler.
Isıyla başa çıkabilen erimiş tuz ve ısı eşanjörleri, yapbozun sadece iki parçası. Örneğin alandaki diğer araştırmacılar, güneş ışığı ile ısıtılacak erimiş tuzu taşıyan metal borular ve güneş ışığını yoğunlaştıran aynalar üzerinde iyileştirmeler yapıyor.
Sandhage, “Tüm sistemi daha sıcak çalıştırmak istiyorsanız, zincirin hiçbir yerinde zayıf bir bağlantınız olamaz” dedi.
Ve bazı açılardan sıcaklıkların daha düşük olması gerekir. Kalsiyum klorür-sodyum klorür bileşiminin avantajlarına rağmen, bu tuz şu anda kullanılan erimiş nitrat tuzlarından daha yüksek sıcaklıklarda erir. Sandhage’ın araştırma grubu, erimiş klorür tuzu bileşimini daha düşük sıcaklıklarda eriyecek ve yüksek sıcaklıklarda sabit kalmaya devam edecek şekilde ayarlamaya çalışıyor.
Sandhage, “Nihayetinde, devam eden gelişmeler, yenilenebilir güneş enerjisinin elektrik şebekesine büyük ölçekli nüfuz etmesine izin verecek,” dedi. “Bu, elektrik üretiminden kaynaklanan insan yapımı karbondioksit emisyonlarında önemli düşüşler anlamına gelir.”
Konsantre güneş enerjisi teknolojisinin verimliliğini artırma projesi Daha fazla bilgi: Adam S. Caldwell et al. Konsantre güneş enerjisi için kimyasal olarak sağlam, yüksek sıcaklıkta termal enerji depolaması için havaya dayanıklı, bol miktarda erimiş klorürler ve korozyona dayanıklı muhafaza, Materials Today (2021). DOI: 10.1016 / j.mattod.2021.02.015 Purdue Üniversitesi tarafından sağlanmıştır.
Alıntı: Güneşli olmadığında güneş enerjili elektrik kullanım maliyetlerini düşürmek (2021, 29 Nisan), 29 Nisan 2021 tarihinde https://techxplore.com/news/2021-04-lowering-solar-powered-electricity-sunny adresinden alındı. html
Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacına yönelik herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölümü çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.