CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：據(jù)外媒報道，為提高塔式光熱電站的整體效率和降低成本，來自弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所(Fraunhofer ISE)的科學(xué)家們近期提出了一種全新的塔式光熱發(fā)電技術(shù)方案——由新型傳熱介質(zhì)、空氣墻、新型定日鏡組成的新型聚光集熱系統(tǒng)。

突破傳統(tǒng)熔鹽600℃運行溫度上限

一般來說，光熱發(fā)電系統(tǒng)的工作溫度越高，電站工作效率也越高。

目前塔式光熱電站常用的傳熱介質(zhì)是熔鹽，但使用熔鹽作為傳熱介質(zhì)的缺點是其只能在600℃以下的溫度使用，如果溫度升高到600℃以上熔鹽就會分解。

為此，F(xiàn)raunhofer ISE位于弗萊堡的研究人員使用了一種由固體組成的傳熱介質(zhì)，其工作溫度可以達到1000℃以上。

如上圖，太陽能接收器像轉(zhuǎn)盤一樣移動的同時把搜集到的熱量傳遞給上述固體傳熱介質(zhì)——由來自薩爾州Sulzbach的儲能制造商Kraftblock開發(fā)的新型陶瓷接收器元件。

這種元件具有耐熱性，并可儲存大量的熱量。此外，它們是用回收材料以環(huán)保的方式生產(chǎn)的，成本方面將比熔鹽大幅降低。

據(jù)悉，為了充分掌握材料在高太陽輻射條件下的特性，研究人員已對該陶瓷材料進行了大量的測試。Fraunhofer ISE聚光系統(tǒng)&技術(shù)負責(zé)人Gregor Bern表示：“下一個目標(biāo)是進一步開發(fā)可匹配新型傳熱介質(zhì)的接收器的材料，使能量在系統(tǒng)內(nèi)可以傳導(dǎo)得更深。”

空氣墻技術(shù)可降低接收器30%輻射熱損失

研究人員的另一個重要創(chuàng)新是針對塔式光熱電站的輻射熱損失問題引入了空氣墻技術(shù)。

在高溫以及陽光輻射能比較集中的情況下，吸熱塔效率往往會降低。因為接收器周圍的空氣溫度可達600℃以上，而吸熱器周圍的空氣溫度通常在30-40℃的范圍內(nèi)。當(dāng)較冷的空氣經(jīng)過接收器時會帶走一部分熱量，這部分熱量就是不能用于發(fā)電的損失熱能。

為此研究人員想辦法分離不同的空氣層。首先考慮的是使用石英玻璃制成的窗戶來分隔空氣層，但是尺寸方面很難匹配。

隨后，研究人員開始了空氣墻測試——通過在接收器開口處配置強大的噴嘴來形成空氣墻，以使接收器周圍的空氣與環(huán)境空氣實現(xiàn)分離。

來自Fraunhofer ISE項目團隊的研究助理Moritz Bitterling對此表示，該技術(shù)以前從未在發(fā)電廠領(lǐng)域得到過論證。

但弗賴堡的研究人員改變了這一現(xiàn)狀。他們建立了一個具有一定規(guī)模的測試站，并為其配備了大約50個溫度傳感器，同時他們使用配置加熱元件的600℃高溫接收器進行了模擬測試。

針對該項目，F(xiàn)raunhofer ISE工業(yè)合作伙伴Luftwandtechnik專門設(shè)計了一種可用于高溫應(yīng)用的空氣墻系統(tǒng)，并將其安裝在了試驗臺上。

通過這項測試，研究人員能夠測量出有無空氣墻兩種不同狀態(tài)下的輻射損失以及達到600℃所需的加熱功率。此外，在測試站還能夠測試如何優(yōu)化設(shè)計空氣壁噴嘴的角度和空氣的出口速度等操作參數(shù)。

測試結(jié)果顯示：通過優(yōu)化相關(guān)操作參數(shù)設(shè)置之后，接收器因熱輻射而產(chǎn)生的熱損失可以減少30%左右。

采用Stellio五邊形定日鏡

除了上述創(chuàng)新，弗賴堡的研究人員還與SBP Sonne一起對Stellio定日鏡進行進一步測試，希望通過優(yōu)化塔架設(shè)計來降低定日鏡系統(tǒng)的成本。

圖：Stellio巨蜥式定日鏡【注：Stellio定日鏡采用獨特的五邊形設(shè)計，其由SBP Sonn（主導(dǎo)），Ingemetal Solar和Masermic Mechatronics三家單位聯(lián)合開發(fā)，目前已成功應(yīng)用于中國哈密50MW塔式光熱電站等商業(yè)化項目。】

圖：哈密50兆瓦熔鹽塔式光熱電站

Fraunhofer ISE在該聯(lián)合項目中將通過3D激光掃描測量定日鏡，并在現(xiàn)場測試定日鏡的快速測量程序。到目前為止，弗賴堡的研究人員已經(jīng)在實驗室中對鏡面進行了偏轉(zhuǎn)測量，以分析它們在特定載荷下是如何變形的。

按照研究人員的設(shè)想，未來固態(tài)熱載體、太陽能輻射接收器和存儲材料以及優(yōu)化的Stellio定日鏡將被組合成一個整體并可以集成在光熱發(fā)電系統(tǒng)中，以便降低建造此類發(fā)電站的成本。如此設(shè)計之后，系統(tǒng)可有效避免傳統(tǒng)管狀接收器典型的傳熱損失和傳熱介質(zhì)流動的限制，即使在太陽輻射出現(xiàn)波動的情況下也能保持較高溫度，從而降低發(fā)電成本。

此外，為了模擬整個系統(tǒng)，F(xiàn)raunhofer ISE研究人員還研究了哪種發(fā)電廠工藝最適合耦合單個新開發(fā)的部件，以及如何將熱量從固體傳熱介質(zhì)傳遞到汽輪機發(fā)電系統(tǒng)等基礎(chǔ)工藝。

附英文原文鏈接：https://helioscsp.com/fraunhofer-ise-develops-new-concept-for-concentrated-solar-power-tower-power-plants/