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Nouveau matériel, le processus de fabrication utilise l'énergie solaire pour produire de l'électricité renouvelable moins chère

WEST LAFAYETTE, Indiana. — L'énergie solaire représente moins que 2 pour cent de nous. l'électricité, mais pourrait représenter plus que cela si le coût de la production d'électricité et du stockage de l'énergie pour une utilisation les jours nuageux et la nuit était moins cher. Une équipe dirigée par l'Université Purdue a mis au point un nouveau matériau et un nouveau processus de fabrication qui rendraient une façon d'utiliser l'énergie solaire - comme énergie thermique - plus efficace pour produire de l'électricité.

L'innovation est une étape importante pour mettre la production de chaleur solaire en électricité en concurrence par les coûts directs avec les combustibles fossiles, qui génèrent plus que 60 pour cent d'électricité aux États-Unis.

« Le stockage de l'énergie solaire sous forme de chaleur peut être déjà moins cher que le stockage d'énergie par batteries, de sorte que la prochaine étape consiste à réduire le coût de production d'électricité à partir de la chaleur du soleil avec l'avantage supplémentaire de zéro les émissions de gaz à effet de serre," m'a dit Kenneth Sandhage, Reilly Professeur de Purdue Ingénieurie des matériaux.

La recherche, qui a été fait à Purdue en collaboration avec l'Institut de technologie de Géorgie, l'Université du Wisconsin-Madison et Oak Ridge National Laboratory, publié dans la revue La nature.

céramique métalUn développement récent rendrait la production d'électricité à partir de la chaleur du soleil plus efficace, en utilisant des plaques céramique-métal pour le transfert de chaleur à des températures plus élevées et à des pressions élevées. (Illustration de l'Université Purdue / Raymond Hassan)Télécharger l'image

Ce travail s'aligne sur Purdue pas de géantfête, reconnaître les progrès mondiaux de l'université réalisés pour une économie et une planète durables dans le cadre du 150e anniversaire de Purdue. Ceci est l'un des quatre thèmes de la célébration de durée d'un an festival d'idées, conçu pour mettre en valeur Purdue comme centre intellectuel la résolution des problèmes du monde réel.

L'énergie solaire ne produit pas seulement de l'électricité via des panneaux dans les fermes ou sur les toits. Une autre option est les centrales électriques à concentration qui fonctionnent à l'énergie thermique.

Les centrales solaires à concentration convertissent l'énergie solaire en électricité en utilisant des miroirs ou des lentilles pour concentrer beaucoup de lumière sur une petite surface, qui génère de la chaleur qui est transférée à un sel fondu. La chaleur du sel fondu est ensuite transférée à un “travail” fluide, dioxyde de carbone supercritique, qui se dilate et fonctionne pour faire tourner une turbine pour produire de l'électricité.

Rendre l'électricité solaire moins chère, le turbomoteur devrait produire encore plus d'électricité pour la même quantité de chaleur, ce qui signifie que le moteur doit tourner plus chaud.

Le problème est que les échangeurs de chaleur, qui transfèrent la chaleur du sel fondu chaud au fluide de travail, sont actuellement fabriqués en acier inoxydable ou en alliages à base de nickel qui deviennent trop mous aux températures élevées souhaitées et à la pression élevée du dioxyde de carbone supercritique.

Inspiré par les matériaux que son groupe avait auparavant combinés pour fabriquer “composite” matériaux capables de supporter une chaleur et une pression élevées pour des applications telles que les tuyères de fusées à combustible solide, Sandhage a travaillé avec Henri le Conquérant, maintenant au Massachusetts Institute of Technology, concevoir un composite similaire pour des échangeurs de chaleur plus robustes.

Deux matériaux se sont révélés prometteurs ensemble en tant que composite: Le carbure de zirconium céramique, et le tungstène métallique.

Les chercheurs de Purdue ont créé des plaques du composite céramique-métal. Les plaques accueillent des canaux personnalisables pour adapter l'échange de chaleur, sur la base de simulations des canaux réalisées à Georgia Tech par Devesh Ranjan'vapeur.

Essais mécaniques par Edgar Lara Curziol'équipe d'Oak Ridge National Laboratory et des tests de corrosion par Marc AndersonL'équipe de Wisconsin-Madison a aidé à montrer que ce nouveau matériau composite pouvait être adapté pour résister avec succès à la température plus élevée, dioxyde de carbone supercritique à haute pression nécessaire pour produire de l'électricité plus efficacement que les échangeurs de chaleur actuels.

Une analyse économique menée par les chercheurs de Georgia Tech et de Purdue a également montré que la fabrication à grande échelle de ces échangeurs de chaleur pourrait être réalisée à un coût comparable ou inférieur à celui de ceux à base d'acier inoxydable ou d'alliage de nickel..

"En fin de compte, avec un développement continu, cette technologie permettrait une pénétration à grande échelle de l'énergie solaire renouvelable dans le réseau électrique,Sandhage a dit. "Cela signifierait des réductions spectaculaires des émissions de dioxyde de carbone d'origine humaine provenant de la production d'électricité."

Une demande de brevet a été déposée pour cette avancée. Le travail est soutenu par les États-Unis. Ministère de l'Énergie, qui a également récemment accordé un financement supplémentaire pour poursuivre le développement et la mise à l'échelle de la technologie.


La source: www.purdue.edu par Kayla Wiles

 

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