發(fā)布者:本網(wǎng)記者Crystal | 來源:CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 2評(píng)論 | 8141查看 | 2013-09-25 12:50:00
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報(bào)道:美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室的工程師們和喬治亞理工學(xué)院、巴克內(nèi)爾大學(xué)、沙特國王大學(xué)以及德國DLR的合伙伙伴,正在研發(fā)一種新型的塔式熱量接收器。這是一種“下降粒子接收器”,可幫助大規(guī)模光熱發(fā)電站更高效地將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。

圖:下降粒子接收器
下降粒子接收器(Falling particle receiver)技術(shù)之所以吸引了研究者的關(guān)注,是因?yàn)槠淇梢栽谳^高溫度下高效集熱并存儲(chǔ)熱能,而不會(huì)發(fā)生任何分解。這解決了傳統(tǒng)熔鹽吸熱儲(chǔ)熱在高溫下運(yùn)行會(huì)升華為氣體而散失的一大弊端。這種熱量接收器的實(shí)驗(yàn)型樣機(jī)在Sandia實(shí)驗(yàn)室開發(fā)完成,像沙子一樣的陶瓷顆粒通過一束被聚焦的太陽強(qiáng)光照射后就能獲取和存儲(chǔ)太陽熱能,這些粒子吸熱后被存儲(chǔ)至下部的一個(gè)保溫絕熱箱內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)熱和發(fā)電。該技術(shù)的運(yùn)行溫度可達(dá)將近1000攝氏度,如此高的運(yùn)行溫度將有效提升集熱效率,降低儲(chǔ)熱成本。因?yàn)橥瑯拥膬?chǔ)熱量,溫度越高則需求的儲(chǔ)熱介質(zhì)越少。
塔式光熱電站目前一般采用水或熔鹽作為工質(zhì),運(yùn)行溫度不會(huì)高于550攝氏度,熱電轉(zhuǎn)化效率不會(huì)高于40%。而這種下降型粒子接收器的高溫運(yùn)行優(yōu)勢十分明顯,采用上述吸熱儲(chǔ)熱技術(shù)可顯著提升塔式光熱電站的熱電轉(zhuǎn)換效率至50%甚至更高。
“我們現(xiàn)在的目標(biāo)是開發(fā)這種下降型粒子接收器的原型機(jī),實(shí)現(xiàn)至少700攝氏度的運(yùn)行溫度,來驗(yàn)證其是否具備理論上的90%以上的潛在集熱效率,并驗(yàn)證其成本效益?!痹擁?xiàng)目的主要研究者,Sandia實(shí)驗(yàn)室的工程師Cliff Ho表示,“如果該技術(shù)經(jīng)過原型機(jī)的驗(yàn)證,未來將可以推向應(yīng)用,將顯著提高塔式太陽能光熱發(fā)電的系統(tǒng)性能,大大削減儲(chǔ)熱成本?!?/div>
該項(xiàng)目獲得了美國能源部Sunshot計(jì)劃的支持,給予其超過400萬美元的資金扶持。Sunshot計(jì)劃致力于通過扶持創(chuàng)新型的太陽能技術(shù)研發(fā),幫助太陽能發(fā)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本的廣泛應(yīng)用。
事實(shí)上,下降型粒子接收器技術(shù)最早于1980年代就開始研發(fā),其面臨的困難也很多。Sandia實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在忙于應(yīng)對(duì)一些挑戰(zhàn),這一概念要被廣泛接受還存在一些障礙,比如減小粒子損失,維持下降粒子的穩(wěn)定性,增加下降粒子在強(qiáng)聚光下的停留時(shí)間,降低腔式吸熱器的熱損等等。這些技術(shù)上的難題仍有待突破。
Ho和他在Sandia實(shí)驗(yàn)室的同事一直以來在著手解決上述問題,他們著手通過增加“空氣幕”來解決上述問題,空氣幕由數(shù)個(gè)鼓風(fēng)機(jī)噴嘴通過鼓風(fēng)實(shí)現(xiàn),來幫助下降的粒子停留于強(qiáng)光下更長時(shí)間,保持其穩(wěn)定性,降低對(duì)流熱損。通過調(diào)整粒子顆粒的大小,研究沙子如何掉落也帶來了一些幫助,這可以確保更多的沙子在集熱腔內(nèi)獲得熱能,并在底部實(shí)現(xiàn)更多的熱能存儲(chǔ)。他們也在研究利用升降機(jī)通過一個(gè)通道對(duì)加熱后的粒子進(jìn)行二次循環(huán)加熱以增加其溫度的可行性。
Ho表示,“美國國家太陽能熱利用測試中心(NSTTF)為該技術(shù)的研發(fā)提供了實(shí)踐平臺(tái)支持,我們有開發(fā)原型機(jī)硬件的能力,我們將在NSTTF實(shí)踐我們這一經(jīng)過仿真的概念設(shè)計(jì),這將包括空氣再循環(huán)和粒子再循環(huán)方面的創(chuàng)新,這里先進(jìn)的計(jì)算處理能力可以滿足我們這種設(shè)計(jì)理念復(fù)雜的仿真計(jì)算需求。我們被我們的研發(fā)在這里取得的快速進(jìn)展所鼓舞,我們期待該技術(shù)能夠在這里實(shí)現(xiàn)?!?/div>
下降型粒子接收器技術(shù)被寄希望于將塔式電站推向更大裝機(jī)(100MW以上)的應(yīng)用,該項(xiàng)目計(jì)劃于2015年開展測試已準(zhǔn)備好的應(yīng)用設(shè)計(jì)。