德國科隆——在德國航空航天局，下一個前沿領域是在地球上捕獲太陽能並使其隨時可用。
在科隆-波恩機場附近一棟有四年曆史的玻璃和鋼鐵建築中，德國宇航中心 (DLR) 的研究人員（相當於德國的 NASA）正在研究新的方法，以產生比光更多的熱量，從而平緩間歇性，這是太陽能併網的最大缺點之一。
DLR 太陽能化學工程研究員 Christos Agrafiotis 說：“該機構的重點是以儘可能接近生產的方式測試想法。”
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隨著全球太陽能容量激增至 200 吉瓦以上，太陽能正在邁向技術上的青春期。然而，它必須開始在電網上發揮自己的作用，而不是依賴老牌電力資源在陰天提供幫助並在太陽落山後介入。
儲存太陽能是將太陽能轉化為電網生產力成員的一種方法，尤其是在公用事業公司努力適應分佈在屋頂上的光伏板時（氣候新聞專線，1 月 20 日）。
但是，就成本和效能而言，電池技術還不足以將太陽能電力轉移到所有時間。為了即使在沒有陽光照射的情況下也能保持電子流動，許多研究人員正在越來越多地尋找更好的方法來捕獲和儲存熱能，無論是在聚光太陽能發電廠還是在電網上的獨立儲能系統中。
DLR 熱工藝技術團隊負責人 Thomas Bauer 在一家制造車間裡，在壓縮機的喧囂聲中說，與光伏發電相比，聚光太陽能發電廠的平準化能源成本更高。
他說：“這並不是全部，因為我們有一個可排程的系統。這個問題在政治上沒有得到解決。”
與太陽能發電廠耦合的熱能儲存系統將使其更容易與燃煤和天然氣發電機正面競爭。它還可以緩解公用事業公司在陰天必須增加發電量，有時在特別晴朗和多風的日子裡以負價格出售電力的焦慮。
Bauer 指出，在某些電力市場，按需供電的價值被低估了，而整體電力容量的價值被高估了，這個問題需要政策上的解決。
DLR 開發了世界上第一個商業聚光太陽能熱塔電廠背後的部分技術，該電廠是 2007 年投入使用的位於陽光充足的西班牙塞維利亞附近的 11 兆瓦 PS10 電廠。
像 PS10 這樣的發電廠使用鏡子將陽光集中在一箇中央塔上，以產生強烈的熱量。這些高溫可以產生蒸汽來旋轉渦輪機，或者加熱一種可以保持熱量直到需要時才使用的材料。
這種材料包括熔鹽。像內華達州 110 兆瓦的新月沙丘設施這樣的太陽能熱發電廠將熔鹽儲存在巨大的隔熱罐中，以便按需輸送電力（環保新聞專線，3 月 29 日）。
Bauer 說：“（典型的太陽能熱）系統一半的成本在於熔鹽本身。如果我們節省一半的熔鹽，那就意味著我們可以大幅降低資本支出（資本支出）。這通常是我們的目標。”
來自光伏和風力渦輪機的過剩能量也可以轉化為熱量並儲存起來，從而為電網上的電池提供一種更低成本的替代方案。Bauer 說：“電池價格比熱儲存高出一個數量級，高出 10 倍以上。”
用鹽和陶瓷進行實驗
為此，研究人員正在試驗新的熱儲存材料，這些材料可以變得更熱，超過 1000 攝氏度，並能保持熱量更長時間。
DLR 的研究人員正在試驗新的鹽混合物，並建造了一個測試設施來觀察它們的效能，同時還驗證相關元件，如閥門、感測器和儲罐。Bauer 說，實驗室工作將有助於降低太陽能熱發電廠的標價。
另一種方法是使用陶瓷材料，這種材料可以承受比金屬更高的溫度，並且在鋼鐵和玻璃製造行業中使用了 100 多年，可以儲存 15 到 30 分鐘的熱量。DLR 的研究人員正在努力使陶瓷更耐用，並能儲存更長時間的熱量。
DLR 材料研究所副所長 Stefan Reh 解釋說，在一些功能陶瓷中，材料在加熱時會發生化學變化，並在觸發反向反應時釋放熱量。他說：“您使用氧化物作為熱化學儲存機制。”
他補充說：“另一種方法是使用氫氣作為儲存機制。在高溫下，[陶瓷材料] 對氧氣的親和力高於對水的親和力，這意味著當您將其暴露於蒸汽時，它會從水中奪走氧氣，留下氫氣。”
為了使通常易碎的陶瓷足夠耐用，能夠承受發電廠的嚴酷考驗，科學家們正在用纖維增強它們，以使其具有損傷容限。氧化鋁纖維從卷軸上拉出，穿過水和氧化鋁粉的漿液。在將纖維編織成所需的形狀後，研究人員將產品乾燥並在窯中加熱。
“規模經濟”尚未開始發揮作用
最終得到一種輕巧、堅韌且耐熱的材料。在一次響亮的錘擊下，Reh 演示了一張白色杯墊大小的纖維增強陶瓷片會變形，但不會破裂。
他說：“它不是不會受損。但它不會破碎成碎片。”
一旦熱量儲存起來，工程師就可以將其用於多種用途，而不僅僅是燒水。Agrafiotis 指出，高品質的熱量是許多行業的重要資源，因為它用於處理材料並觸發在較低溫度下無法發生的化學反應。
他站在層流罩旁邊說：“我們要做的是利用來自太陽的高溫熱量來執行在正常條件下難以執行的吸熱化學反應”，在那裡，一個白色的管狀紅外加熱器在升溫至 1300 攝氏度時發出橙色的光芒。
這些反應包括將水分解為氫氣和氧氣，以及將二氧化碳分解為一氧化碳和氧氣。
Agrafiotis 說：“如果能夠實現這一點，那麼您可以將 CO [一氧化碳] 和氫氣結合起來以生產合成氣。”合成氣是一種用於製造甲烷和汽油等合成燃料的起始材料。
太陽能熱發電廠仍然需要進一步發展以降低價格並提高競爭力，但它們具有巨大的潛力。Agrafiotis 說：“這項技術更適合大規模應用。”
“大型電力，大型電廠將能源出售給電網。...規模經濟變得非常重要。”
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