目前常用的太陽能反應接收器為碟式太陽能反應接收器。然而,由于接收器一側接收經過拋物面聚光器匯聚反射的太陽光照射,另一側不接收太陽光輻射,導致接收器內表面產生極大的溫度梯度。從而導致該碟式太陽能反應接收器催化劑無法完全處于最適催化反應溫度下,影響熱能反應進程,難以高效地進行太陽能與化石燃料的熱化學互補。
成果為自主設計發明了一種新型碟式太陽能反應接收器。在該反應接收器中催化室是由多層催化劑載體形成的凹形結構,且每層催化劑載體設有多個孔洞,每層催化劑載體中的孔洞表面孔隙率不同涂敷催化劑的材料不同,使得催化劑能夠處于最適反應溫度,優化了碟式太陽能反應接收器的溫度分布,提高了熱化學互補的反應效率,使得該碟式太陽能反應接收器更加經濟、安全。
創新點
在現有的碟式太陽能反應接收器基礎上,創新性地改進其結構和布置。將催化室分為多層催化劑載體形成的凹形結構,各層結構不同,每層所述催化劑載體中的孔洞表面涂敷的催化劑的材料、質量、孔隙率不同。每層的催化劑都能夠處于最適反應溫度范圍,從而保證每層催化劑都能在較適宜的溫度下進行高效的太陽能熱化學反應。
市場前景
氫能因具有清潔無污染、可儲存、高熱值等優勢,成為最具潛力的二次能源以及清潔能源載體。氫能可以廣泛應用于交通、工業、建筑和電力等各個領域緩解了能源危機、減輕環境污染。但在我國高效制氫濾氫技術仍有待提高。該成果提出的碟式太陽能反應接收器可穩定高效地用于熱化學反應制氫將氫能作為太陽能的載體,將制氫和太陽能利用相結合完全適應國家“雙碳”目標下的發展方向。克服了太陽能分散、間斷以及不穩定的缺點提升了太陽能的品位。所以其擁有廣闊的發展和利用前景。
該成果主要應用于太陽能光熱利用領域,可實際用于碟式太陽能光熱利用系統中提高熱化學互補的反應效率。
近年來隨著氫能開發利用行業發展,特別是氫燃料電池汽車的推廣,氫氣市場需求遞增。中國氫能市場發展初期(2020~2025年左右),氫氣年均需求約2200萬噸;氫能市場發展中期(2030年左右),氫氣年均需求約3500萬噸;氫能市場發展遠期(2050年左右),氫氣年均需求約6000萬噸。按照目前的氫氣產量完全無法滿足氫能利用發展的需要。對于增加氫氣產量和提高制氫效率是未來發展的必經之路。該成果所設計的碟式太陽能接受反應器雖在制造成本和難度較高,但在高效穩定制氫的利用中能創造不可估量的經濟價值。
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