เซรามิกอะลูมิเนียมออกไซด์ช่วยเพิ่มเสถียรภาพโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมแสง

1. การนําเสนอ

ความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นในโลกและความกังวลต่อสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับเชื้อเพลิงฟอสซิล การพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานที่สามารถปรับปรุงได้ พลังงานพลังแสงอาทิตย์ (CSP) เทคโนโลยี แสงสว่างเป็นพลังงานความร้อน ผ่านระบบปรับความร้อน และใช้ความร้อนนี้เพื่อขับเคลื่อนเครื่องผลิตพลังงาน มีค่าใช้จ่ายที่ค่อนข้างต่ํา ผลิตที่มั่นคง และการบูรณาการในเครือไฟฟ้าได้ง่าย ทําให้มันเป็นการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่น่าหวัง วิธีการ

2ข้อดีและความท้าทายของเซรามิกอลูมิน่าเป็นวัสดุเก็บความร้อน

2.1 ข้อดี

เซรามิกอลูมิเนีย (α-Al2O3) แสดงข้อดีหลักหลายอย่างเป็นวัสดุเก็บความร้อน:

• จุดละลายสูง (2072°C) และความมั่นคงทางความร้อนที่ดี- รักษาโครงสร้าง ความสมบูรณ์แบบภายใต้อุณหภูมิการทํางานของ CSP
• ความสามารถในการนําความร้อนสูงกว่า- เซรามิคอะลูมิเนียหนาแสดงความสามารถในการนําความร้อนของ 33 W/(m·K) ในอุณหภูมิห้อง, รักษาประมาณ 12 W/(m·K) ในอุณหภูมิ 500 °C
• ความแข็งแรงทางกลและความทนทานต่อการสกัด- ทนกับอุณหภูมิสูง ความดันและความเครียดทางความร้อนแบบหมุนเวียน
• ความอ่อนแอทางเคมี- ทนต่อการปฏิกิริยากับอากาศ น้ํา หรือสื่ออื่น ๆ
• ประสิทธิภาพในเรื่องค่าใช้จ่ายและความพร้อม- วัตถุดิบที่อุดมสมบูรณ์และการผลิตที่วัยรุ่น กระบวนการ

2.2 ปัญหา

ถึงแม้ว่าจะมีข้อดีเหล่านี้ แต่อาลูมิเนียเซรามิคเผชิญกับปัญหาทางเทคนิคหลายอย่าง

• อุณหภูมิการปะทะสูง- ต้องใช้พลังงานมากในการผลิต
• ความรู้สึกต่อการกระแทกทางความร้อน- มีแนวโน้มที่จะแตกเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว
• ข้อจํากัดของความสามารถในการนําความร้อน- ขณะที่น่าเคารพ แต่ยังต้องปรับปรุงเพิ่มเติม ผลงาน CSP ที่ดีที่สุด
• การลดต้นทุนการผลิต- จําเป็นสําหรับการนํามาใช้ในธุรกิจขนาดใหญ่

3กลยุทธ์การปรับปรุงผลงาน

นักวิจัยได้พัฒนาแนวทางหลายวิธีเพื่อปรับปรุงเซรามิกอัลมิเนียสําหรับการใช้งานในการเก็บความร้อน:

3.1 การปรับปรุงจากสารสกัด

• เครื่องส่งเสริมการซินเตอร์:TiO2, MgO, CaO, และ SiO2 สร้างระยะของเหลวหรือละลายแข็ง อุณหภูมิการซินเตอร์ที่ต่ํากว่า
• เครื่องเสริมการขับเคลื่อนความร้อน:สารเสริม SiC, BN และ graphene ปรับปรุงการถ่ายทอดความร้อน ความสามารถ
• เครื่องปรับปรุงความทนทานต่อการกระแทกทางความร้อน:ZrO2 และ Al2TiO5 ลดสัดส่วนการขยายความร้อน

3.2 การควบคุมโครงสร้างขนาดเล็ก

วิศวกรรมแม่นยําของขนาดเมล็ดพันธุ์, คุณสมบัติขอบเขต, และการกระจาย pore สามารถปรับปรุงอย่างสําคัญ ประสิทธิภาพ:

• การปรับปรุงเมล็ดพันธุ์เพิ่มความหนาแน่นของขอบเขต, ปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็งแรง
• การปรับปรุงขอบเขตลดความต้านทานทางความร้อนที่ผิวโครงเมล็ด
• การลดขุมขวางให้น้อยที่สุด ช่วยเพิ่มความหนาแน่นและความสามารถในการนําความร้อน

4ผลการทดลองและการวิเคราะห์

วิธีการจัดเตรียมสองวิธีถูกประเมินในการทดลองที่ควบคุม:

• วิธีที่ 1:α-Al2O3 กับสารสกัด Fe2O3 และ TiO2 ผลิตเซรามิกที่มีเมล็ดเรียบ โครงสร้าง ความหนาแน่นสูง (3.89 g/cm3) และความสามารถในการนําความร้อนที่ดีมาก (28.5 W/(m·K) ที่ 500 °C)
• วิธีที่ 2:โบคไซต์ที่ปูนด้วย Fe2O3 ส่งผลให้มีผลลัพธ์ที่ต่ํากว่า เนื่องจากภาวะไม่สะอาด ขั้นตอนและการสร้างกระจก

5. มุมมองอนาคต

การวิจัยต่อเนื่องเน้นในหลายทิศทางที่หวัง:

• การพัฒนาสารเสริมใหม่ที่มีประสิทธิภาพหลายประการ
• เทคนิควิศวกรรมโครงสร้างจุลย่อยที่ก้าวหน้า
• กระบวนการผลิตที่ประหยัด
• การรับรองผลงานระยะยาว ภายใต้สภาพการใช้งาน

การนําระบบเก็บความร้อนจากเซรามิกอัลมิเนีย (alumina ceramic) มาใช้อย่างสําเร็จ สามารถนํา CSP ไปสู่ความก้าวหน้าอย่างสําคัญ เทคโนโลยีที่ให้การผลิตพลังงานที่สามารถปรับปรุงได้อย่างมั่นคง โดยตอบสนองปัญหาสิ่งแวดล้อมที่สําคัญ ด้วยวิธีการผลิตพลังงานแบบปกติ