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創(chuàng)新性儲(chǔ)熱技術(shù)削減光熱發(fā)電儲(chǔ)熱成本

發(fā)布者：本網(wǎng)記者Crystal | 來(lái)源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 1評(píng)論 | 10322查看 | 2014-06-01 12:36:00

　　CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報(bào)道：當(dāng)前，光熱發(fā)電配置的常見的熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的成本約為30美元/kWh，約占電站總投資額的15%~20%。業(yè)內(nèi)依舊希望進(jìn)一步降低其成本，那么，進(jìn)一步降低儲(chǔ)熱系統(tǒng)的投資成本的途徑有哪些呢？

　　光熱發(fā)電類似于傳統(tǒng)火電的發(fā)電原理，但其并不燃燒煤炭天然氣等化石能源，其能源源自太陽(yáng)輻照，配置儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以幫助光熱發(fā)電實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可持續(xù)可調(diào)電力的生產(chǎn)。一般來(lái)看，儲(chǔ)熱系統(tǒng)的投資約占一個(gè)光熱電站總投資的1/5左右。

　　美國(guó)明尼蘇達(dá)州的Terrafore Technologies公司創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Anoop Mathur表示，他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的方案來(lái)降低儲(chǔ)熱的成本。

　　“SunShot計(jì)劃的目標(biāo)是到2022年達(dá)到15美元/kWh的儲(chǔ)熱成本，我們現(xiàn)在已經(jīng)可以將其降低至16美元，接近這一目標(biāo)?！盡athur表示。他是美國(guó)能源部先進(jìn)能源研究計(jì)劃署(ARPA-E)的獲資助者之一，在太陽(yáng)能和新材料研究方面擁有40年的工作經(jīng)驗(yàn)。

相變儲(chǔ)熱

　　Mathur設(shè)計(jì)的是一種單罐儲(chǔ)熱系統(tǒng)，材料為一種相變無(wú)機(jī)鹽混合物，他們宣稱這種系統(tǒng)單個(gè)單元的儲(chǔ)熱能力比目前常見的雙罐儲(chǔ)熱系統(tǒng)高50%。

　　他的公司突破了相關(guān)的技術(shù)屏障，使高溫儲(chǔ)熱系統(tǒng)更具成本經(jīng)濟(jì)效益，更加實(shí)用。其將各種擁有不同熔點(diǎn)的無(wú)機(jī)鹽混合后放入一種多孔微型囊體中，再將其置于單罐儲(chǔ)熱罐中。

　　這些藥丸大小的微型囊體通過(guò)分層，低熔點(diǎn)的熔鹽將自動(dòng)沉降至罐體底部，高熔點(diǎn)熔鹽則位于上部，從而實(shí)現(xiàn)各種無(wú)機(jī)鹽材料在罐體內(nèi)部的逐級(jí)層疊。實(shí)際運(yùn)行中，熱流體從集熱塔頂部流向儲(chǔ)熱罐，高熔點(diǎn)熔鹽的囊體在上部先與高溫傳熱介質(zhì)換熱，傳熱介質(zhì)換熱后再進(jìn)入儲(chǔ)熱罐下部與低熔點(diǎn)熔鹽再次換熱，實(shí)現(xiàn)較高的換熱效率。

　　Mathur稱，可以將多種不同熔點(diǎn)的無(wú)機(jī)鹽進(jìn)行層疊，目前他發(fā)現(xiàn)的最好的方案是三種材料的層疊?！安捎萌N無(wú)機(jī)鹽，能量密度可以增加52%，如果采用更多種類的無(wú)機(jī)鹽，我們最多可以增加55%?！彼忉尫Q，“但從經(jīng)濟(jì)性考慮，目前其選用的三種材料是最好的選擇?！?/div>

　　如果要將儲(chǔ)熱罐中的熱量輸出以供發(fā)電，則工質(zhì)的換熱方向是相反的。這是一種最高效的單罐儲(chǔ)熱方案。

前沿的技術(shù)

　　“Terrafore公司的技術(shù)是尖端的、低成本的新型儲(chǔ)熱技術(shù)”。在5月份Anaheim舉辦的SunShot論壇上，相關(guān)技術(shù)同行對(duì)此如是評(píng)價(jià)道。

　　Mathur表示，很多研究人員一直在嘗試通過(guò)無(wú)機(jī)鹽的相變儲(chǔ)熱來(lái)提高儲(chǔ)熱的能量密度，他提出的解決方案是對(duì)無(wú)機(jī)鹽進(jìn)行封裝。

　　但被封裝后的無(wú)機(jī)鹽讓其在較高的溫度下安全融化并不容易，因?yàn)闊o(wú)機(jī)鹽在受熱時(shí)將膨脹，Terrafore的方案是用一種由特殊粘土制成的殼體包裹這些無(wú)機(jī)鹽，并在其中預(yù)留膨脹的空間?！巴瑫r(shí)，將一種金屬涂層沉積在這種粘土中，使這種囊體更為堅(jiān)固。”Mathur表示。這種金屬是鎳，因?yàn)槠淇梢圆捎玫蜏鼗瘜W(xué)蒸汽沉積的方式嵌入，其在實(shí)用中可以承受很高的運(yùn)行溫度。

囊體預(yù)留空隙是關(guān)鍵

　　我們采用的是一種新的“犧牲式”的做法來(lái)制造這些囊體，他解釋稱，首先我們制造殼體，利用一種可以在高溫下分解為氣體的高分子聚合物，將其嵌入其中，然后加熱，這種高分子聚合物受熱后成為氣體逃逸，從而制造出一些孔隙，來(lái)滿足熔鹽高溫膨脹后的空間需求。

　　Mathur指出，制造這些孔隙是很關(guān)鍵的，其可以讓儲(chǔ)熱罐保持安全穩(wěn)定，增加換熱空間。“我在70年代就開始研究相變儲(chǔ)熱材料，很多公司對(duì)此也進(jìn)行了深入研究但都遇到了一些關(guān)鍵問(wèn)題?！?/div>

　　其中一個(gè)問(wèn)題是當(dāng)要釋放所存儲(chǔ)的熱量時(shí)，熔鹽放熱后可能會(huì)凝固在換熱器管壁上，研究人員不得不嘗試采用噴掃等方式清理，十分麻煩。Mathur的方案是隔絕熔鹽，將其置于單獨(dú)的囊體中，保證熔鹽不會(huì)因?yàn)閾Q熱出現(xiàn)凝固附著于換熱器上的現(xiàn)象。

　　他的這種囊體設(shè)計(jì)已經(jīng)在風(fēng)化環(huán)境下經(jīng)過(guò)了5000個(gè)循環(huán)的實(shí)驗(yàn)，預(yù)計(jì)能夠經(jīng)受超過(guò)1萬(wàn)個(gè)循環(huán)的測(cè)試。但要進(jìn)行更貼近實(shí)際的規(guī)模化實(shí)驗(yàn)還需要投入300萬(wàn)美元。他的公司現(xiàn)在可以生產(chǎn)數(shù)億的這種10毫米囊體，這種生產(chǎn)類似于制藥工業(yè)中的膠囊制造流程，可以采用同樣的設(shè)備制造，因此不需新型的生產(chǎn)設(shè)備投資。

混凝土儲(chǔ)熱創(chuàng)新

　　另外一種創(chuàng)新方案來(lái)自于挪威NEST能源公司的混凝土儲(chǔ)熱方案，其正在與Masdar理工學(xué)院合作建設(shè)一個(gè)1MWh的儲(chǔ)熱示范項(xiàng)目。Terrafore將塔式熔鹽技術(shù)作為其目標(biāo)市場(chǎng)，而NEST的混凝土儲(chǔ)熱方案則適用于采用導(dǎo)熱油工質(zhì)或DSG技術(shù)的槽式或菲涅爾光熱電站。

　　NEST銷售副總裁Jarl Pedersen表示，“我們可以為槽式系統(tǒng)提供低成本的儲(chǔ)熱方案，槽式技術(shù)目前仍是最具融資可行性的技術(shù)。我們的技術(shù)相對(duì)熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)在成本上更加低廉?！?/div>

　　NEST能源公司CEO ?ivind Resch也曾表示，“在今天的可再生能源行業(yè)背景下，光熱發(fā)電配儲(chǔ)熱系統(tǒng)是十分重要的，NEST能源公司的儲(chǔ)熱技術(shù)有很大的商業(yè)化應(yīng)用潛力，我們期待Masdar示范項(xiàng)目的建設(shè)能為我們的技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)進(jìn)步。”

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