CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：據(jù)外媒近日報(bào)道，由歐盟委員會及歐盟“Horizon 2020”研究及創(chuàng)新計(jì)劃聯(lián)合出資研發(fā)的Scarabeus項(xiàng)目正在穩(wěn)步推進(jìn)，按照計(jì)劃目前相關(guān)研究人員正在開發(fā)一種創(chuàng)新型混合流體，可以大幅提升超臨界二氧化碳（sCO2）光熱發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)效率。

據(jù)悉，這項(xiàng)耗資500萬歐元（約合550萬美元）的SCARABEUS項(xiàng)目將嘗試在純CO2中添加少量選定元素，以提升光熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，使其超過基于蒸汽或傳統(tǒng)sCO2系統(tǒng)所能達(dá)到的水平，該項(xiàng)目小組的研究目標(biāo)是：到2023年可以證明二氧化碳混合流體可以比傳統(tǒng)蒸汽循環(huán)減少32%的資本支出（Capex）和40%的運(yùn)營支出（Opex）。

可將系統(tǒng)運(yùn)行溫度提升50-60℃

塞維利亞大學(xué)能源系統(tǒng)教授、斯卡伯斯大學(xué)發(fā)言人David Sanchez告訴外媒，SCARABEUS項(xiàng)目專注于動(dòng)力循環(huán)的冷段-冷卻和壓縮等環(huán)節(jié)，而這種混合介質(zhì)思路可將光熱發(fā)電系統(tǒng)中工作流體的臨界溫度提升50-60℃。

Sanchez表示，SCARABEUS團(tuán)隊(duì)目前正在對選定的二氧化碳混合物進(jìn)行模擬，現(xiàn)有結(jié)果表明相關(guān)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)目標(biāo)均可以實(shí)現(xiàn)。下一步，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步擴(kuò)大現(xiàn)有的混合物組合，并證明這些混合物的熱穩(wěn)定性。

對于光熱發(fā)電系統(tǒng)來說，實(shí)現(xiàn)較高的運(yùn)行溫度正成為進(jìn)一步提升系統(tǒng)效率并降低成本的關(guān)鍵，因此也是近年來全球相關(guān)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的工作重點(diǎn)。

相比傳統(tǒng)使用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)的槽式電站，目前商業(yè)化的塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)往往使用熔鹽作為傳儲熱介質(zhì)，系統(tǒng)工作溫度提升至565℃左右，而更多研發(fā)團(tuán)隊(duì)在追求更高系統(tǒng)運(yùn)行溫度并試圖將相關(guān)技術(shù)推向商業(yè)化。

去年，通用電氣（GE）和西南研究院（SWRI）的工程師完成了世界上最高溫度sCO2渦輪機(jī)的測試，在700℃左右的運(yùn)行溫度條件下，10MW的渦輪機(jī)產(chǎn)生了接近50%的熱效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)光熱發(fā)電系統(tǒng)所達(dá)到的35%-40%的水平。

圖：超臨界二氧化碳渦輪機(jī)

此外，美國Heliogen集團(tuán)最近通過利用更先進(jìn)和更精確的定日鏡校準(zhǔn)技術(shù)，使光熱發(fā)電接收器溫度超過1000℃。與此同時(shí)，德國DLR正在開發(fā)一種離心光熱發(fā)電接收器，其接收器出口處的顆粒溫度已可達(dá)到965℃。另外，法國的CNRS已經(jīng)開發(fā)了一種流化床接收器，其顆粒溫度已經(jīng)超過900℃。而在西班牙，歐盟H2020的“太陽到液體”研究小組建設(shè)的化學(xué)反應(yīng)器接收器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超過1400℃的溫度。

可有效降低項(xiàng)目投資

據(jù)悉，通過二氧化碳混合物達(dá)到的較高臨界溫度允許光熱發(fā)電系統(tǒng)在較高環(huán)境溫度下使用冷凝朗肯式循環(huán)，SCARABEUS團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是功率循環(huán)轉(zhuǎn)換效率超過50%，而常規(guī)sCO2系統(tǒng)在類似情況下則必須采用效率較低的布雷頓型配置。

而在布局方面，SCAREBEUS項(xiàng)目設(shè)計(jì)的冷凝朗肯式循環(huán)系統(tǒng)只需要一個(gè)回?zé)崞骱鸵粋€(gè)換熱器，相比常規(guī)朗肯蒸汽循環(huán)往往10多個(gè)換熱器的配置要簡單得多。

而且，據(jù)正在領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目渦輪機(jī)械研究工作的倫敦城市大學(xué)方面介紹，混合工作流體的思路也允許在渦輪機(jī)械中使用泵而不是壓縮機(jī)，這可以有效降低功耗和設(shè)備尺寸。

David Sanchez表示，更高的循環(huán)效率可以使光熱發(fā)電系統(tǒng)配置更小的光場和儲熱系統(tǒng)，因此可以大大減少資本支出。

可進(jìn)一步提升光熱發(fā)電的適用領(lǐng)域

除了可大幅減少電廠資本支出，該項(xiàng)技術(shù)也將使光熱發(fā)電的部署區(qū)域有望進(jìn)一步擴(kuò)大。

在冷卻方面，該CO2混合介質(zhì)將提升流體的露點(diǎn)溫度，露點(diǎn)溫度的提升可允許電站采用空/風(fēng)冷冷凝（ACC）系統(tǒng)的冷卻方式來替代常規(guī)的水/濕冷卻循環(huán)（WCC），空冷取代水冷使設(shè)計(jì)更加簡單，消除了對水循環(huán)和相關(guān)泵送設(shè)備及冷卻塔的需求，零耗水也降低了運(yùn)營成本和環(huán)境影響，最終達(dá)到降低成本并優(yōu)化電站整體性能的效果。

據(jù)研究人員介紹，改用ACC系統(tǒng)除了可將使資本支出和運(yùn)營支出減少約3%之外，還對中東和北非等新興光熱發(fā)電市場非常有利。在這些地區(qū)，氣溫經(jīng)常超過二氧化碳的自然臨界溫度，而當(dāng)?shù)厮Y源非常缺乏，使用水冷成本極其高昂。

圖：全球年平均氣溫（來自威斯康星大學(xué)）

David Sanchez指出，混合二氧化碳流體設(shè)計(jì)所帶來的成本降低使光熱發(fā)電系統(tǒng)部署在更多直接輻射指數(shù)（DNI）較低的地區(qū)也成為可能。

SCARABEUS項(xiàng)目研發(fā)背景：

隨著光伏和風(fēng)電的快速發(fā)展和大規(guī)模部署，成本相對較高的光熱發(fā)電生存空間被進(jìn)一步壓縮，快速實(shí)現(xiàn)降本勢在必行，而目前備受全球光熱發(fā)電行業(yè)關(guān)注的超臨界二氧化碳光熱發(fā)電技術(shù)的不斷突破有望為行業(yè)突破成本瓶頸帶來較大助力。

研究表明，提高動(dòng)力循環(huán)的熱效率是降低光熱發(fā)電系統(tǒng)的平準(zhǔn)化能源成本（LCOE）的關(guān)鍵。傳統(tǒng)光熱發(fā)電系統(tǒng)的熱效率一般為35％至40％，而配備超臨界二氧化碳（sCO2）動(dòng)力循環(huán)的光熱發(fā)電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)近50%的熱效率。

在歐盟（EU）的資助下，包括西班牙可再生能源巨頭Abengoa在內(nèi)的9家單位（5家大學(xué)與4家公司）參與了SCARABEUS項(xiàng)目的科研工作。