CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：據(jù)外媒報(bào)道，目前NREL（美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室）和Acciona Solar Power正在開發(fā)一種新技術(shù)，通過集成的氫傳感器/分離模塊來逆轉(zhuǎn)太陽能光熱電站吸熱器領(lǐng)域中氫積累的高成本效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)長期提高太陽能光熱電站效率和收益的目標(biāo)。

自上世紀(jì)80年代中期以來，人們開始利用太陽能熱發(fā)電生產(chǎn)的清潔能源為家庭、學(xué)校、辦公室和社區(qū)供電。然而，目前普遍開發(fā)的槽式光熱電站面臨的一個(gè)持續(xù)挑戰(zhàn)是氫氣的積累，這對于減輕和降低光熱電站效率而言可能是昂貴的。NREL高級(jí)科學(xué)家Greg Glatzmaier一直致力于花費(fèi)大量時(shí)間來尋求解決氫積累的技術(shù)方案。

槽式光熱電站多年遭受氫氣累積的困擾

采用槽式技術(shù)路線的太陽能光熱電站中，集熱管沿彎曲的聚光鏡運(yùn)行，以吸收太陽的能量。在操作過程中，將熱量從槽式集熱器輸送到蒸汽輪機(jī)的有機(jī)基介質(zhì)，會(huì)遭受很小但恒定的熱擊穿。盡管產(chǎn)生的氫氣微乎其微，但會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響——造成熱損失，可能使整個(gè)光熱電站的效率和收益降低15％。全世界有80多個(gè)槽式光熱電站在運(yùn)營，這估計(jì)會(huì)導(dǎo)致750兆瓦的發(fā)電能力損失和每年約2.5億美元的收入損失。

而不可避免地，所有槽式光熱電站的設(shè)備都會(huì)遭受氫氣堆積的困擾。

要開發(fā)出解決這一棘手問題的有效解決方案，就需要Glatzmaier具備的所有偵查技能：敏銳的觀察力、光熱電站運(yùn)營的實(shí)踐知識(shí)、以及計(jì)算建模專業(yè)知識(shí)。多年來，幾種有前途的解決方案要么測試失敗，要么僅提供5-7年的修復(fù)。這對于使用壽命至少為30年的光熱電站來說，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。一旦單個(gè)吸熱器的效率下降，更換也是非常昂貴。氫積累這個(gè)隱患問題，藏在眾目睽睽之下。

因此，Glatzmaier在能源部太陽能技術(shù)辦公室的支持和資金支持下，與Acciona Solar Power合作開發(fā)了系統(tǒng)緩解過程，該過程可永久控制吸熱器中的氫氣，以擴(kuò)展或恢復(fù)原始光熱電站的效率和收益。

Glatzmaier說：“對我來說，為光熱發(fā)電技術(shù)和行業(yè)創(chuàng)造一些實(shí)用的用途和價(jià)值一直是我的優(yōu)先考慮。”

偵查技巧為解決方案指明了方向

在尋找解決方案時(shí)，Glatzmaier與其他研究人員一起在莫哈韋沙漠光熱電站中，上下推動(dòng)反向鏡支架，拍攝吸熱器的紅外圖像，以監(jiān)視真空集熱管中玻璃套管的溫度。吸熱器設(shè)計(jì)為在140°F（華氏度，相當(dāng)于60℃）的玻璃表面溫度下運(yùn)行。然而，紅外圖像測量的某些吸熱器的玻璃表面溫度為284°F（140℃）至320°F（160℃）。玻璃套管的絕緣體以某種方式受到損害，并且發(fā)生了熱損失。

研究人員了解到，傳熱介質(zhì)會(huì)釋放出氫氣，氫氣會(huì)通過鋼管泄漏，而氫氣是良好的熱導(dǎo)體。這三個(gè)條件都存在于吸熱器中，而意外的是高玻璃表面溫度提供了第一個(gè)線索。研究人員確定了熱量損失的原因，但事實(shí)證明，比起設(shè)計(jì)一種解決方案，找出氫積累問題要容易得多。

Glatzmaie是一位敏銳的觀察員，對操作員了解光熱電站的工作原理非常了解。當(dāng)他考慮不同的解決方案時(shí)，他意識(shí)到如果要去除氫氣，則必須在一個(gè)位置進(jìn)行。他熟悉光熱電站的布置方式，功能以及傳熱介質(zhì)的循環(huán)方式；他考慮了哪些設(shè)備需要接觸到傳熱介質(zhì)。他將注意力集中在容納所有未循環(huán)的傳熱介質(zhì)的膨脹罐上。

設(shè)計(jì)原型的基本要點(diǎn)

在能源部太陽能技術(shù)辦公室和光熱電站開發(fā)商Acciona Solar Power的支持下，Glatzmaie在5年的合作中開發(fā)了自己的分步解決方案。

他首先建立了一個(gè)計(jì)算模型，以確定維持循環(huán)傳熱介質(zhì)中可接受的氫濃度所需的氫提取速率。

接下來，他開發(fā)了一種氫氣傳感器，可以每隔一到兩分鐘進(jìn)行一次氣體濃度測量。準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地測量氫氣的量至關(guān)重要，但是現(xiàn)有的傳感器要求將樣品發(fā)送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

第三項(xiàng)任務(wù)是開發(fā)一種從膨脹罐頂部空間氣體中提取氫氣的簡單方法。使用鈀膜分離出氫氣，然后將其通過真空泵提取到催化氧化劑中，以水蒸氣形式排放。

最后的任務(wù)是將氫感測和提取結(jié)合起來，并將其集成到一個(gè)物理原型中，該原型可以用作光熱電站規(guī)模模塊的模型。

原型被制造出來，NREL的實(shí)驗(yàn)室評估證明了其成功解決氫積累問題的能力，從而為構(gòu)建和測試現(xiàn)場模塊掃清了道路。

集成式氫氣傳感器/分離器模塊為光熱電站帶來了新生命

據(jù)了解，在Acciona的內(nèi)華達(dá)州Solar One光熱電站設(shè)計(jì)并安裝了一個(gè)完整的集成式氫傳感器/分離器模塊，正在進(jìn)行的評估表明：已按設(shè)計(jì)成功運(yùn)行。該模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了防止新吸熱器將來效率下降的范圍。它通過將氫氣從玻璃套管中抽出來，逐步清潔現(xiàn)有的受污染吸熱器，并將其恢復(fù)到原來的運(yùn)行效率。

圖：工人在內(nèi)華達(dá)Solar One光熱電站現(xiàn)場安裝氫傳感器與提取裝置

內(nèi)華達(dá)Solar One光熱電站，僅用了兩個(gè)月就收回了50萬美元的投資。與現(xiàn)場使用壽命中更換退化的太陽能吸熱器將近2,000萬美元的成本相比，集成的氫傳感器/分離器模塊不僅便宜，還可以改變游戲規(guī)則。另外，安裝過程中不會(huì)對工廠的發(fā)電量造成任何昂貴的中斷，從而提高了該技術(shù)對注重成本的光熱電站操作人員的吸引力。

集成的氫氣傳感器/分離器模塊是將技術(shù)從NREL轉(zhuǎn)移到工業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的絕佳案例。正如Glatzmaier指出的那樣：“對我來說，研發(fā)的產(chǎn)品能夠一直運(yùn)行是一個(gè)目標(biāo)，并且這項(xiàng)技術(shù)具有明顯的效率和經(jīng)濟(jì)利益?！?/p>

為了確保在內(nèi)華達(dá)Solar One光熱電站實(shí)際運(yùn)行中得到的教訓(xùn)，和能帶來更廣泛的好處，NREL正在探索在其他光熱電站安裝集成式氫氣傳感器和分離器模塊的機(jī)會(huì)。