通过辐射冷却和冷藏减少聚光太阳能发电厂的用水量

为应对当前的气候和能源危机，世界正朝着可持续能源经济迈进。聚光太阳能(CSP)工厂正在成为该领域的主要参与者。CSP工厂使用遍布广阔区域的透镜和镜子将阳光集中到太阳能电池板的接收器上，然后通过蒸汽机或涡轮机将太阳能转化为电能。蒸汽机需要定期冷却以保持高功率转换效率。

蒸汽机发电厂一般采用水密集型湿式冷却方式来散发产生的废热。然而，这样的过程会由于蒸发而损失大量的水，因此需要持续供水。这带来了一个严重的问题，因为大多数CSP工厂都建在水资源有限的炎热干燥地区。

在最近于2022年2月25日在线发表在《储能与节能》上的一项最新研究中，由中国华中科技大学杨荣贵教授领导的一组研究人员找到了一种降低冷却过程强度的方法。他们开发了一种将辐射冷却与冷藏相结合的冷却方法，当与湿式冷却同时使用时，可以大大减少每年的用水量。

当被问及他们研究背后的动机时，杨教授说，“恶劣的环境，以及农业、工业和家庭等其他部门不断增长的用水需求，与发电厂对水资源的竞争非常激烈。因此，我们希望开发一种技术，使发电厂的湿式冷却减少用水量，同时仍保持所需的热效率。”

该团队开发的辅助冷却技术结合了干式和湿式冷却的优点。带冷库的辐射冷却是一种干式冷却方法，它涉及由高度太阳能反射材料制成的冷却器，能够将选择性红外波长的热量散发到深空，而不会被周围环境吸收。

该团队在类似于美国莫哈韦太阳能项目的参考CSP工厂的蒸发冷却塔中添加了辐射冷却系统。为了测试所设计系统的潜力，他们创建了计算机模型来跟踪仅白天和昼夜辐射冷却系统的节水潜力。该团队研究了该国3000多个不同天气条件下的冷却和节水潜力。

结果表明，在美国炎热的西南部地区，采用仅白天的辐射冷却，每年的用水量可以减少40-60%。然而，如果辐射系统和冷库不分昼夜地工作，每年的节水潜力可能高达65-85%。

所提出的方法提供了一种有效的方法来保持湿冷CSP工厂的热效率，同时减少水的消耗。本研究中获得的见解可能有助于为CSP工厂设计先进的全天候冷却系统。“发电行业的全球用水量预计将在未来四年内翻一番。我们的补充冷却系统设计可以帮助解决沙漠和干旱地区缺水地区发电厂日益增长的用水需求，”教授总结道杨。