前言
人類經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展無可避免需要石油、煤炭、天然氣等不可再生資源的支撐，帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時伴隨著空氣污染、地質(zhì)災(zāi)害、水質(zhì)破壞等一系列副作用。如何減少不可再生能源的開發(fā)并開發(fā)新型無污染能源已成為當(dāng)今社會生產(chǎn)過程中迫在眉睫的問題。
太陽能作為取之不盡用之不竭的優(yōu)質(zhì)能源，合理利用實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換投放生產(chǎn)是一大利事。本文就先進(jìn)陶瓷這一新型材料迄今為止在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例做部分介紹：
1.可將光熱電站中定日鏡固定成本下降20%的陶瓷片成功研制
成都捷揚(yáng)電力器件有限公司憑借多年電力器件產(chǎn)品的生產(chǎn)和研發(fā)，成功研制出槽式、塔式、蝶式等多種光熱技術(shù)路線均適用的反射鏡陶瓷片。
這種反射鏡陶瓷片的主要成分為滑石瓷，其在塔式、蝶式定日鏡與槽式集熱器中起到的主要作用在于安裝固定（以往大都采用金屬背板來作為反射鏡與定日鏡/集熱器支架之間的固定層）。
由于光熱電站整個生產(chǎn)安裝過程不僅需要配備模具及專業(yè)的沖壓設(shè)備，還要對背板額外進(jìn)行酸洗、鍍鋅等多個加工步驟。
再加上背板與反射鏡之間的連接還需要對背板進(jìn)行涂膠，用膠量也很大，因此生產(chǎn)出來的背板還極易遭受周圍惡劣環(huán)境的影響而加快氧化和腐蝕。
如在西北酸堿較重的地區(qū)長期使用，鐵板、鋁板都會造成氧化，時間久了更是對銀層、油漆、硅膠也有影響。
但是陶瓷片的使用有效規(guī)避了上述問題：使用陶瓷片組裝時只需要幾個點(diǎn)就可以固定，不需要像金屬背板占據(jù)那么大的面積，依靠機(jī)械手粘接非常方便，在提高了安裝效率的同時，成本也大大降低。
產(chǎn)品品質(zhì)上除了具有耐磨損、耐高溫、耐腐蝕的特點(diǎn)之外，根據(jù)測算，使用陶瓷片替代金屬背板進(jìn)行定日鏡/集熱器的安裝工作，更是能在固定這一環(huán)節(jié)達(dá)到至少20%的成本節(jié)省空間。
據(jù)悉，該產(chǎn)品目前已與國內(nèi)外大量反射鏡廠家及能源公司達(dá)成了合作關(guān)系，并且在部分項(xiàng)目上已經(jīng)得到了商業(yè)化使用。
2.以陶瓷顆粒為傳儲熱介質(zhì)的塔式光熱技術(shù)將首獲實(shí)踐應(yīng)用
德國航空航天中心（DLR）的研究人員正與國際伙伴合作共同研發(fā)歐盟項(xiàng)目——用于柔性能源系統(tǒng)的高存儲密度光熱發(fā)電項(xiàng)目（HiFlex），該項(xiàng)目采用陶瓷顆粒作為傳儲熱介質(zhì)塔式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)，使用DLR吸熱器作為塔式光熱發(fā)電試點(diǎn)項(xiàng)目的核心組件，為全球最大的面食生產(chǎn)商Barilla提供不間斷可調(diào)度能源。
據(jù)悉，DLR吸熱器于2021年交付意大利后，該太陽能光熱發(fā)電項(xiàng)目將開始運(yùn)行。
據(jù)了解，塔式太陽能光熱發(fā)電項(xiàng)目是先導(dǎo)系統(tǒng)的核心。大約有500面可移動的定日鏡將太陽光集中聚焦到吸熱塔頂部的吸熱器上，加熱吸熱介質(zhì)；
該吸熱器使用的介質(zhì)是直徑僅為1毫米的陶瓷顆粒，將陶瓷顆粒加熱到1000℃的溫度后，再將高溫顆粒儲存在一個隔熱的儲罐中。
當(dāng)需要時用電或用熱，就將用顆粒陶瓷儲存的熱量產(chǎn)生蒸汽，用于發(fā)電或工業(yè)過程加熱。
這種存儲方式意味著光熱電站可以在夜間提供能量。一旦陶瓷顆粒釋放出熱能并冷卻下來后，它們就被轉(zhuǎn)移到第二個儲罐里，輸送到吸熱器進(jìn)行重新加熱。
并且以陶瓷顆粒形式存儲多余的能量還可以改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性并補(bǔ)償電源波動；與電池存儲電相比，陶瓷顆粒存儲熱量的成本和效率都要高得多。
3.科學(xué)家利用陶瓷金屬復(fù)合材料板材降低太陽能發(fā)電成本
為了縮小太陽能發(fā)電與化石燃料發(fā)電的成本競爭，美國普渡大學(xué)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(fù)合材料板材，由陶瓷碳化鋯和金屬鎢制成。
研發(fā)這種材料的價值在于：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(zhuǎn)化為電能，將大量光線集中到一個小區(qū)域，從而產(chǎn)生熱量傳遞給熔鹽。
然后將來自熔融鹽的熱量轉(zhuǎn)移到“工作”流體，超臨界二氧化碳，其膨脹并用于旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)以產(chǎn)生電力。為了使太陽能電力更便宜，渦輪發(fā)動機(jī)就需要更多的熱量產(chǎn)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。
據(jù)悉，陶瓷-金屬復(fù)合材料板材可以定制成能夠成功承受生成所需的高溫，高壓超臨界二氧化碳電力比今天的換熱器更有效率，且成本更低。
隨著技術(shù)完善，最終，這項(xiàng)技術(shù)將允許可再生太陽能大規(guī)模滲透到電網(wǎng)中，大量減少化學(xué)電力生產(chǎn)中的二氧化碳。