為應(yīng)對當前的氣候和能源危機，世界正朝著可持續(xù)能源經(jīng)濟邁進。聚光太陽能(CSP)工廠正在成為該領(lǐng)域的主要參與者。CSP工廠使用遍布廣闊區(qū)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(zhuǎn)化為電能。蒸汽機需要定期冷卻以保持高功率轉(zhuǎn)換效率。

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

在最近于2022年2月25日在線發(fā)表在《儲能與節(jié)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(lǐng)導(dǎo)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(fā)了一種將輻射冷卻與冷藏相結(jié)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(huán)境，以及農(nóng)業(yè)、工業(yè)和家庭等其他部門不斷增長的用水需求，與發(fā)電廠對水資源的競爭非常激烈。因此，我們希望開發(fā)一種技術(shù)，使發(fā)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(fā)的輔助冷卻技術(shù)結(jié)合了干式和濕式冷卻的優(yōu)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?qū)⑦x擇性紅外波長的熱量散發(fā)到深空，而不會被周圍環(huán)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(fā)冷卻塔中添加了輻射冷卻系統(tǒng)。為了測試所設(shè)計系統(tǒng)的潛力，他們創(chuàng)建了計算機模型來跟蹤僅白天和晝夜輻射冷卻系統(tǒng)的節(jié)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(jié)水潛力。

結(jié)果表明，在美國炎熱的西南部地區(qū)，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(tǒng)和冷庫不分晝夜地工作，每年的節(jié)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(shè)計先進的全天候冷卻系統(tǒng)。“發(fā)電行業(yè)的全球用水量預(yù)計將在未來四年內(nèi)翻一番。我們的補充冷卻系統(tǒng)設(shè)計可以幫助解決沙漠和干旱地區(qū)缺水地區(qū)發(fā)電廠日益增長的用水需求，”教授總結(jié)道楊。