CSP的新星 - 绿色氢和钙钛矿

绿色氢的成本正在下降，集中太阳能可以通过放弃电解来支持热化学过程来加快步伐。

最近，新的太阳能转换效率记录是10美分，光伏电池板的成本继续像石头一样下降。不过，显然，我们还什么都没看到。研究人员指出，光伏电池只使用部分太阳光谱。太阳能的下一件大事是在系统中使用高热量，使整个光谱从一端到另一端工作。

CSP太阳能工厂

如果您认为CSP是关键，那就对了。对于那些不熟悉CSP的人来说，CSP是指从太阳中收集能量的系统，方法是将其收集在专门的镜子或反射槽中，并将其集中在较小的点或管道上。

CSP系统不直接发电，但确实会产生大量热量，这些热量可用于将水煮沸以产生蒸汽来运行涡轮机，从而产生电力。

如果这听起来像是几千瓦的清洁电量会涉及大量的工作，确实是的。早在奥巴马政府时期，怀疑论者就指出 CSP 系统过于复杂且成本高昂。但是，CSP 依赖于诸如熔盐或油之类的储热介质，这意味着它们可以 24/7 全天候发电，而无需额外的电池系统。

此外，CSP 不需要发电也能发挥作用。许多工业过程都依赖热量，这就是新的氢钙钛矿角度的用武之地。

CSP比化石能源更适合高温工作

CleanTechnica 在 2018 年首次发现新事物正在酝酿中，当时美国能源部及其研究合作伙伴开始讨论CSP在高温应用中的潜在用途

特别是，高温 CSP 系统产生的温度可能远远超出典型火力发电厂的能力。电力研究所的 John Shingledecker 在电话采访中解释了 CleanTechnica 的魅力：

“许多发展都来自化石发电厂的蒸汽循环或燃煤锅炉，但它们只能提高到 620 摄氏度，”他说。 “七百度及更高问一直是许多研究的主题——例如先进的超临界技术，涉及基于二氧化碳作为工作流体的超临界二氧化碳动力循环。”

超临界 CO2 (sCO2) 是二氧化碳的流体形式。一旦解决了这些问题，sCO2 可以为聚光太阳能场提供一种不易燃、无毒的熔盐或油替代品。

当用于运行涡轮机时，sCO2 也可以成为新的紧凑型高效动力循环的基础。研究人员指出，典型的蒸汽动力兰金循环效率为 33%，而 sCO2 将使布雷顿循环的部署效率超过 40%。对涡轮机尺寸的影响将是显着的，将典型的 20 米涡轮机缩小到仅 1 米。

绿色氢

我们刚刚说到哪了？哦对了，能源部国家可再生能源实验室提出的新型太阳能热化学制氢（STCH）系统。

继雄心勃勃的 Sunshot 负担得起的光伏项目之后，能源部于去年夏天开始启动一系列“能源地球”计划。第一次 Energy Earthshot 聚焦于清洁氢气，这似乎为绿色氢气留下了一些回旋余地。

然而，Hydrogen Shot 的主要焦点似乎确实是绿色氢，这也是 NREL 的关注点。

NREL 指出：“氢已成为储存可再生资源产生的能量的重要载体，可替代用于运输、氨生产和其他工业应用的化石燃料。”

几十年来，天然气和煤炭一直是氢气的主要来源。新兴的绿色替代品是电解，它利用可再生能源发电。当用催化剂应用于水中时，电流会将氢气从水中推出。

现在，降低电解成本的竞赛正在进行中。美国能源部设定了未来 10 年内每公斤 1.00 美元的绿色氢气目标，考虑到去年夏天的成本约为 5.00 美元，这是相当飞跃式的。

STCH 系统放弃了电解，转而采用基于热的化学工艺，从而提供了 1.00 美元的替代途径。

“STCH 依赖于一个两步化学过程，其中金属氧化物暴露在高于 1,400 摄氏度的温度下，然后在较低温度下用蒸汽重新氧化以产生氢气，”NREL 团队解释说。

钙钛矿

在大家兴奋之前，该团队还解释说 STCH 系统仍处于开发的早期阶段。主要障碍在先进材料领域，该团队的目标是钙钛矿在高温下提供高性能。

有意思！钙钛矿是指一系列具有有趣光学特性的实验室合成晶体材料。近年来，它们已成为光伏领域的研究热点。

这是我们第一次看到它们出现在太阳热能领域，但如果成本更低，钙钛矿就是答案。

您可以在 NREL 研究中获得所有有趣的细节，该研究发表在可再生能源杂志上，标题为“太阳能热化学制氢的系统和技术经济分析”。

CSP的下一步

NREL 的太阳能热化学制氢系统只是 SolarPACES 组织下组装的全球聚光太阳能拼图的一部分。

SolarPACES 是国际能源署的一个项目。这个名字代表太阳能和化学能源系统，自 1970 年代以来它一直在讨论这个话题，这并非巧合的是在美国产生国家可再生能源实验室的十年。

现在看来，所有的努力都将得到回报。

“从 1977 年开始，着可调度太阳能市场对当今全面商业部署的SolarPACES 就在 CSP 研究中发挥了重要作用，随定义越来越明确，这一作用已经扩大，”SolarPACES 解释说。