正如有白天就必有黑夜。太阳能,如果不贮存,被接收后就必须立即用掉。由于从太阳接收能量的间断性在目前是固有的,所以如果不是和其他能源混合使用的话,都少不了要将太阳能做点小小的贮存,以备夜间和气候变化时所需。这种暂时贮存太阳热能的小仓库,就叫做太阳能蓄能器。
最普通的太阳能蓄能器当然是蓄电池啦!但是由于制造成本较高,目前大部分的太阳能蓄能器还不是通过蓄电池来实行的。
太阳能可以通过化学反应或机械的方式加以贮存。例如太阳能可以通过加热一种介质,或者像蓄水池这样的大型蓄水库,或者利用贮能物质的溶解热等等而以热的形式贮存起来。太阳能可以用来制造一种可以根据需要使用的燃料。氢就是这样一种燃料,它可以代替汽车、飞机和其他运输工具中所用的汽油。太阳能也可以用来把水抽到较高的水位,贮存在水坝的后头,当需要时作为水力能使用。其实自然界中的水力资源也是太阳能通过这种形式转化的。其他目前看来可能是不可行的贮存方法也许有一天会变成解决太阳能贮存问题的办法。
瑞典最近在哈德库拉兴建了一座300万平方米的太阳能土壤蓄热库,这是该国第8个太阳能蓄热库。土壤蓄热库的周围和底部都用隔热材料隔开,利用太阳能集热器向蓄热土供热,冬季时则可以从蓄热库中采暖。而澳大利亚的专家们目前则正热衷于研究岩床感热储存系统。他们用地下岩层在低温下可靠地储存太阳能已经好多年了,现在他们正兴致勃勃地讨论能否在设计的系统中把温度保持在400℃的范围。
但是目前应用较为简单经济的是太阳池蓄热方案。典型的太阳池,是用一定体积等浓度盐水作太阳能蓄热介质,其上部则是等梯度盐水作保温层,上部含盐度低,下部含盐度高。池底表面覆盖黑色粒状固体,以加强吸热。一般池深1~3m。太阳池被加热后,下部温度高,上部温度低,热量储存在池底。利用换热技术取出热能,可用来干燥产品、生活洗浴、建筑物供暖、生产发电等。目前已有几十个国家在研究和发展太阳池技术。以色列在这方面走在了最前头,在池体隔热、防渗、水面消浪、盐浓度测量、盐水配制灌装、取热技术等均已取得了巨大进展。美国目前正在开发一种胶体材料,作太阳池上部保温层,对于防止对流、风扰、清理地面污物等均有重大改善。这项技术在维持池下部盐浓度,保持上部透明度,提高保温性能和池效率等也有很大的突破,而且不需要补水,有利于减少池深,节约投资,故对太阳池的未来发展有很积极的影响。
太阳池是将集热器和蓄热器合于一体的太阳热利用系统,由于它简单、价廉和宜于大规模使用,在工农业生产和日常生活上都有着广泛用途,是一个较有发展前途的项目。
一个好的贮存系统应该是太阳能的贮存时间大,而且贮存单位能量所需的容积小。相比之下,化学的反应贮能就有着这些明显的优点:(www.daowen.com)
①贮能密度高,比潜热贮能大一个数量级,比一般的土壤库、水库显热贮能大两个数量级。
②正、逆反应都能在高温(500~1000℃)下进行,从而可得到高品质的能量,满足特定的要求。
③可以通过催化剂或将产物分离等方式,在常温下长期贮存分解物。这一特性减少了抗腐蚀性及保温方面的投资,也易于长距离运输。
化学贮热的例子很多,目前研究认为最有可能发展的有我们比较熟悉的利用太阳能使水光解产生氢和氧。氢气将是下个世纪具有重大意义的燃料;另一种方案就是利用NH3的分解反应:。该反应在有催化剂、温度高和远离平衡态时,放热速度高。国外已进行了利用氨分解反应作为太阳贮热发电的实验研究,并有了较为详细的实验数据。其效率多在60%以上,这较之目前一般太阳能的贮热效率要高得多。因此,该反应很有实用前景。它的主要优点就是:氨工业已经相当完善;催化剂便宜易得;系统相对简单是小型化;贮能密度高。
不久以前,日本京都大学的科学家们还研制成功了一种可以储存太阳热的物质。一公斤这种碳氢化合物(甲烷和氢基化合物组成的物质)可以把100千卡的热量储存好几年。到必要时,即可将热量释放出来。这种物质在吸收热量时会改变自身的结构,并变得像冰一样透明,但是它的温度却保持不变。为了摄取太阳热,还需要添加一种含有银盐的特殊催化剂。释放热量以后,这种物质又会恢复原样,以供下次使用。专家们把这种物质称做“热能罐头”。
利用化学反应贮存太阳能事实上是古而有之,自然界中已经存在了几百万年的植物光合作用就是很好的例子。虽然目前关于化学贮能的研究还刚刚起步,还存在如技术复杂,有一定的安全要求,一次性投资大以及整体效率还比较低等等一系列问题,但人类未来对于太阳能的利用,必然会走到这条道路上来,这将可能是21世纪最伟大的研究工程之一。
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