通過輻射冷卻和冷藏減少聚光太陽能發電廠的用水量

為應對當前的氣候和能源危機，世界正朝著可持續能源經濟邁進。聚光太陽能(CSP)工廠正在成為該領域的主要參與者。CSP工廠使用遍布廣闊區域的透鏡和鏡子將陽光集中到太陽能電池板的接收器上，然后通過蒸汽機或渦輪機將太陽能轉化為電能。蒸汽機需要定期冷卻以保持高功率轉換效率。

蒸汽機發電廠一般采用水密集型濕式冷卻方式來散發產生的廢熱。然而，這樣的過程會由于蒸發而損失大量的水，因此需要持續供水。這帶來了一個嚴重的問題，因為大多數CSP工廠都建在水資源有限的炎熱干燥地區。

在最近于2022年2月25日在線發表在《儲能與節能》上的一項最新研究中，由中國華中科技大學楊榮貴教授領導的一組研究人員找到了一種降低冷卻過程強度的方法。他們開發了一種將輻射冷卻與冷藏相結合的冷卻方法，當與濕式冷卻同時使用時，可以大大減少每年的用水量。

當被問及他們研究背后的動機時，楊教授說，“惡劣的環境，以及農業、工業和家庭等其他部門不斷增長的用水需求，與發電廠對水資源的競爭非常激烈。因此，我們希望開發一種技術，使發電廠的濕式冷卻減少用水量，同時仍保持所需的熱效率。”

該團隊開發的輔助冷卻技術結合了干式和濕式冷卻的優點。帶冷庫的輻射冷卻是一種干式冷卻方法，它涉及由高度太陽能反射材料制成的冷卻器，能夠將選擇性紅外波長的熱量散發到深空，而不會被周圍環境吸收。

該團隊在類似于美國莫哈韋太陽能項目的參考CSP工廠的蒸發冷卻塔中添加了輻射冷卻系統。為了測試所設計系統的潛力，他們創建了計算機模型來跟蹤僅白天和晝夜輻射冷卻系統的節水潛力。該團隊研究了該國3000多個不同天氣條件下的冷卻和節水潛力。

結果表明，在美國炎熱的西南部地區，采用僅白天的輻射冷卻，每年的用水量可以減少40-60%。然而，如果輻射系統和冷庫不分晝夜地工作，每年的節水潛力可能高達65-85%。

所提出的方法提供了一種有效的方法來保持濕冷CSP工廠的熱效率，同時減少水的消耗。本研究中獲得的見解可能有助于為CSP工廠設計先進的全天候冷卻系統。“發電行業的全球用水量預計將在未來四年內翻一番。我們的補充冷卻系統設計可以幫助解決沙漠和干旱地區缺水地區發電廠日益增長的用水需求，”教授總結道楊。