德国科隆——在德国航空航天局，下一个前沿领域是在地球上捕获太阳能并使其随时可用。
在科隆-波恩机场附近一栋有四年历史的玻璃和钢铁建筑中，德国宇航中心 (DLR) 的研究人员（相当于德国的 NASA）正在研究新的方法，以产生比光更多的热量，从而平缓间歇性，这是太阳能并网的最大缺点之一。
DLR 太阳能化学工程研究员 Christos Agrafiotis 说：“该机构的重点是以尽可能接近生产的方式测试想法。”
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随着全球太阳能容量激增至 200 吉瓦以上，太阳能正在迈向技术上的青春期。然而，它必须开始在电网上发挥自己的作用，而不是依赖老牌电力资源在阴天提供帮助并在太阳落山后介入。
储存太阳能是将太阳能转化为电网生产力成员的一种方法，尤其是在公用事业公司努力适应分布在屋顶上的光伏板时（气候新闻专线，1 月 20 日）。
但是，就成本和性能而言，电池技术还不足以将太阳能电力转移到所有时间。为了即使在没有阳光照射的情况下也能保持电子流动，许多研究人员正在越来越多地寻找更好的方法来捕获和储存热能，无论是在聚光太阳能发电厂还是在电网上的独立储能系统中。
DLR 热工艺技术团队负责人 Thomas Bauer 在一家制造车间里，在压缩机的喧嚣声中说，与光伏发电相比，聚光太阳能发电厂的平准化能源成本更高。
他说：“这并不是全部，因为我们有一个可调度的系统。这个问题在政治上没有得到解决。”
与太阳能发电厂耦合的热能存储系统将使其更容易与燃煤和天然气发电机正面竞争。它还可以缓解公用事业公司在阴天必须增加发电量，有时在特别晴朗和多风的日子里以负价格出售电力的焦虑。
Bauer 指出，在某些电力市场，按需供电的价值被低估了，而整体电力容量的价值被高估了，这个问题需要政策上的解决。
DLR 开发了世界上第一个商业聚光太阳能热塔电厂背后的部分技术，该电厂是 2007 年投入使用的位于阳光充足的西班牙塞维利亚附近的 11 兆瓦 PS10 电厂。
像 PS10 这样的发电厂使用镜子将阳光集中在一个中央塔上，以产生强烈的热量。这些高温可以产生蒸汽来旋转涡轮机，或者加热一种可以保持热量直到需要时才使用的材料。
这种材料包括熔盐。像内华达州 110 兆瓦的新月沙丘设施这样的太阳能热发电厂将熔盐保存在巨大的隔热罐中，以便按需输送电力（环保新闻专线，3 月 29 日）。
Bauer 说：“（典型的太阳能热）系统一半的成本在于熔盐本身。如果我们节省一半的熔盐，那就意味着我们可以大幅降低资本支出（资本支出）。这通常是我们的目标。”
来自光伏和风力涡轮机的过剩能量也可以转化为热量并储存起来，从而为电网上的电池提供一种更低成本的替代方案。Bauer 说：“电池价格比热存储高出一个数量级，高出 10 倍以上。”
用盐和陶瓷进行实验
为此，研究人员正在试验新的热存储材料，这些材料可以变得更热，超过 1000 摄氏度，并能保持热量更长时间。
DLR 的研究人员正在试验新的盐混合物，并建造了一个测试设施来观察它们的性能，同时还验证相关组件，如阀门、传感器和储罐。Bauer 说，实验室工作将有助于降低太阳能热发电厂的标价。
另一种方法是使用陶瓷材料，这种材料可以承受比金属更高的温度，并且在钢铁和玻璃制造行业中使用了 100 多年，可以储存 15 到 30 分钟的热量。DLR 的研究人员正在努力使陶瓷更耐用，并能储存更长时间的热量。
DLR 材料研究所副所长 Stefan Reh 解释说，在一些功能陶瓷中，材料在加热时会发生化学变化，并在触发反向反应时释放热量。他说：“您使用氧化物作为热化学存储机制。”
他补充说：“另一种方法是使用氢气作为存储机制。在高温下，[陶瓷材料] 对氧气的亲和力高于对水的亲和力，这意味着当您将其暴露于蒸汽时，它会从水中夺走氧气，留下氢气。”
为了使通常易碎的陶瓷足够耐用，能够承受发电厂的严酷考验，科学家们正在用纤维增强它们，以使其具有损伤容限。氧化铝纤维从卷轴上拉出，穿过水和氧化铝粉的浆液。在将纤维编织成所需的形状后，研究人员将产品干燥并在窑中加热。
“规模经济”尚未开始发挥作用
最终得到一种轻巧、坚韧且耐热的材料。在一次响亮的锤击下，Reh 演示了一张白色杯垫大小的纤维增强陶瓷片会变形，但不会破裂。
他说：“它不是不会受损。但它不会破碎成碎片。”
一旦热量储存起来，工程师就可以将其用于多种用途，而不仅仅是烧水。Agrafiotis 指出，高品质的热量是许多行业的重要资源，因为它用于处理材料并触发在较低温度下无法发生的化学反应。
他站在层流罩旁边说：“我们要做的是利用来自太阳的高温热量来执行在正常条件下难以执行的吸热化学反应”，在那里，一个白色的管状红外加热器在升温至 1300 摄氏度时发出橙色的光芒。
这些反应包括将水分解为氢气和氧气，以及将二氧化碳分解为一氧化碳和氧气。
Agrafiotis 说：“如果能够实现这一点，那么您可以将 CO [一氧化碳] 和氢气结合起来以生产合成气。”合成气是一种用于制造甲烷和汽油等合成燃料的起始材料。
太阳能热发电厂仍然需要进一步发展以降低价格并提高竞争力，但它们具有巨大的潜力。Agrafiotis 说：“这项技术更适合大规模应用。”
“大型电力，大型电厂将能源出售给电网。...规模经济变得非常重要。”
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