来源：环球零碳
撰文 | Penn
编辑 | Tang
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火山灰通常被视为一种破坏性力量，火山爆发产生的火山灰会覆盖方圆数英里的土地，火山灰和水组成的高耸烟柱也会冲上云霄，遮天蔽日。
而现在，巴塞罗那大学的一项新研究表明，这种看似不起眼的物质作为储能介质却有着巨大的前景，为可再生能源行业提供了一种经济高效的替代方案。
2021 年，加那利群岛的拉帕尔马火山爆发，倾泻出约2 亿立方米的岩石和火山灰废料。正是在这些废墟中，巴塞罗那大学的研究人员看到了利用火山灰作为储能介质，用于聚光太阳能发电厂储存太阳能的机会。
与利用“光-电”转换的太阳能光伏发电站不同，聚光太阳能发电站利用了太阳能的“光-热-电”转换，其通过大面积的反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置，利用太阳能加热收集装置内的传热介质（液体或气体），再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。
图说：带有 TES 系统的聚光太阳能发电厂
来源：Energies
当产生多余热量时，聚光太阳能通常会加热一个熔盐罐，以储存这些能量。必要时，熔盐可通过热交换器进行循环，从而确保即使在没有阳光照射的情况下也能不间断地加热水，实现24小时发电。
问题在于，这些熔盐具有很强的腐蚀性，会对储存熔盐的管道和水箱造成严重损害，并缩短设备的使用寿命。熔盐的生产成本也很高，有时在较低温度下就会凝固，操作起来很麻烦。
美国首座商业化运营的塔式太阳能热发电项目Crescent Dunes （新月沙丘）是美国首批部署的五个商业聚光太阳能项目中唯一一个配备热能储存的塔式 CSP 项目，其于 2015 年 10 月开始商业运营。
启动一年后，由于熔盐储存系统发生泄漏，该核电站自2016年10月起关闭了八个月。作为全球首个出现熔盐储罐泄露的太阳能热发电项目，在业内引发强烈关注。
SolarReserve公司新闻发言人表示，这次熔盐泄露发生在储热罐体的焊缝处，只有少量的熔盐通过焊缝泄露在储热罐的四周。具体原因是熔盐罐罐体焊接质量不过关，同时在熔盐罐施工验收时并未发现该安全隐患，因此导致在运行过程中出现泄漏。
2019年4月，因更多热盐罐问题的出现，电站最后一次发电。2019年，BNEF表示，该电站从未达到预期的月产量。2019年10月，NV Energy公司终止购电合同，原因是生产失败（“failed to produce” ）。同年，美国能源部接管了这一停运的电站。
图说：Crescent Dunes聚光太阳能发电站
来源：reviewjournal
无独有偶，2024年3月，位于摩洛哥的150 兆瓦Noor III聚光太阳能电站也因熔盐罐发生泄漏而被迫关闭，预计将停运至 2024 年 11 月。持有该项目 75% 股份的 ACWA Power 表示，初步估计这将给项目公司带来约为 4700 万美元的损失。
Noor III是摩洛哥 Ourazazate太阳能发电厂的一部分，于 2018 年第四季度投入商业运营。据 ACWA Power 网站称，该发电厂的建设成本为 8.62 亿美元，是当时世界上最大的运营塔式电厂，也是第二个集成熔盐储能技术的电厂。其具备7 小时熔盐热能储存功能，因此即使在夜间也能发电。
而此次，巴塞罗那大学的研究人员认为，将火山灰与熔盐混合在一起有助于防止此类腐蚀事件的发生，它还有助于防止盐在温度大幅下降时凝固。
图说：火山喷发留下大量灰烬，可重新用于廉价的可再生能源储存
来源：depositphotos
在研究中，研究人员测试了火山灰作为储热介质的潜力，其将火山灰转化为颗粒，在摄氏 250-750 度的温度下循环往复加热和冷却了一千多次。
他们发现，火山灰具有优异的导热性和热容量，同时保持了物理和化学稳定性，在一千次循环中氧化后的质量仅增加 0.54%。因此，它可以与熔盐一起在聚光太阳能发电站项目中保持热量。
此外，他们发现它与熔盐结合效果很好。如果将火山灰与熔盐混合，它可以减弱盐的腐蚀作用，同时还可以储存足够的热量以减轻其凝固趋势——所有这些都成本低廉。将火山灰单独存放在使用熔盐进行传热的罐中，后者的效果几乎一样好。
图说：火山灰的 SEM 和 EDS 图像，以及经过 1,000 次重热循环后的火山灰图像
来源：Journal of Energy Storage
最重要的是，这种材料价格低廉，可以重新利用废料。研究人员建议，除了火山灰，砖块、沙子和混凝土等材料也可以与熔盐一起用于太阳能储存。
与此同时，它还适合用作直接的 "开放式接收器"——在这种布置中，聚光的太阳光束将直接对准火山灰建造的结构，从而实现超高温运行和高效的热电转换。
研究人员认为，火山灰可承受 750°C 的高温，比大多数熔盐高出约 250°C，可以成为一种替代的、可持续的材料，应用于热能存储领域，提供具有成本效益的解决方案，并有可能节省能源。
研究人员同时表示，与熔盐相比，火山灰每磅储存的能量略低。但他们认为，随着时间的推移，太阳盐会发生降解，同时火山灰也可以避免与聚光太阳能发电站中其他元素的兼容性问题，因此可以弥补这一不足。
首图来源：Depositphotos
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参考资料：
[1]https://newatlas.com/energy/volcanic-ash-energy-storage/
[2]https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352152X24013148
[3]https://www.rechargenews.com/energy-transition/volcanic-ash-could-store-unused-green-power/2-1-1641620
[4]https://interestingengineering.com/innovation/volcanic-ash-storage-solar-energy
[5]https://www.rechargenews.com/energy-transition/superhot-molten-salts-leak-at-giant-solar-plant-to-cost-owner-47m/2-1-1617305
[6]https://www.solarpaces.org/what-happened-with-crescent-dunes/
[7]https://insideclimatenews.org/news/16012018/csp-concentrated-solar-molten-salt-storage-24-hour-renewable-energy-crescent-dunes-nevada/
[8]https://doi.org/10.3390/en17010022
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