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美研發(fā)高導(dǎo)熱石墨泡沫儲熱能力可達(dá)常規(guī)熔鹽系統(tǒng)20倍以上

發(fā)布者：本網(wǎng)記者Cassie | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評論 | 7094查看 | 2016-09-18 09:54:00

　　目前，光熱電站所配置的儲熱系統(tǒng)使用的還是一些低能量密度和低熱導(dǎo)率的物質(zhì)，要想滿足電廠的儲熱需求，往往需要大量儲熱材料，成本較高。為解決此問題，科研人員設(shè)計了一種更廉價的儲熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅占用空間顯著減小，而且儲熱能力比常規(guī)儲熱系統(tǒng)要高20倍以上。

　　CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：目前，來自美國阿貢國家實驗室的機械工程師于文華正在測試一個新的儲熱系統(tǒng)模型，該系統(tǒng)的儲熱效率據(jù)稱可以達(dá)到常規(guī)潛熱儲熱系統(tǒng)的20倍以上。據(jù)悉，測試結(jié)果證實了新系統(tǒng)的儲熱能力以及在光熱發(fā)電或者其他潛在應(yīng)用領(lǐng)域所能實現(xiàn)的儲熱效率。

　　光熱利用受限于多云或夜間等不利天氣條件，因而儲熱對于太陽能的充分利用來說顯得至關(guān)重要。在過去的幾年中，光熱電站已經(jīng)開始使用儲存的熱能來驅(qū)動蒸汽輪機，在夜晚和用電高峰期進(jìn)行發(fā)電。

　　目前的儲熱系統(tǒng)所使用的儲熱物質(zhì)，每公斤只能存儲很少的熱量。因此必須花費更大的成本來采購這些儲熱物質(zhì)才能達(dá)到光熱電站的儲熱要求。

　　阿貢研發(fā)團(tuán)隊獲得了來自美國能源局SunShot計劃的研發(fā)資金，正在建設(shè)高效潛熱儲熱系統(tǒng)（LHTES）的示范項目并進(jìn)行進(jìn)一步的研究測試。SunShot計劃由美國國家資金支持，爭取在2020年之前使太陽能在同其他電力生產(chǎn)方式競爭時具有價格優(yōu)勢。

　　阿貢研發(fā)小組的儲熱系統(tǒng)采用了相變介質(zhì)，介質(zhì)熔化時會儲存熱量，凝固時會釋放熱量，類似于電池的充放電過程。

　　事實上，氯化鈉等廉價的熔鹽可以用做相變物質(zhì)，但因為其較低的熱導(dǎo)率，它們在現(xiàn)行儲熱系統(tǒng)中的使用也受到了一些限制。

　　然而，阿貢LHTES系統(tǒng)通過將熔鹽與一種高導(dǎo)熱率的石墨泡沫結(jié)合，顯著提升了這些熔鹽的熱導(dǎo)率。這種結(jié)合減少了儲熱物質(zhì)的整體需求量，進(jìn)而降低了建設(shè)儲熱系統(tǒng)的成本，同時還使熱能的轉(zhuǎn)換更加高效，能夠滿足供應(yīng)系統(tǒng)8到12小時的能量儲存需要，正好可以滿足一個光熱電站一整晚的熱量儲存需要。

　　阿貢熱機械技術(shù)小組的負(fù)責(zé)人Dileep Singh說：“相變物質(zhì)通常都有較低的熱導(dǎo)率，因此很難滿足儲熱的要求。然而，具有高導(dǎo)熱率特性的石墨泡沫正好滿足了導(dǎo)熱率上的需求。所以我們想，為什么不將相變物質(zhì)與石墨泡沫相結(jié)合呢？”

　　有透氣性的石墨泡沫將熔鹽集中在氣孔中，加速了熔鹽的熔化和凝固。該小組還證明了隨時間推進(jìn)這種快速的相變過程能夠一直維持。在對混合物的最初模型進(jìn)行成功測試后，研究小組現(xiàn)在準(zhǔn)備將示范模型擴大50倍。

　　雖然這種示范性的模型系統(tǒng)仍然小于商用電廠的規(guī)模，但在今年秋天該系統(tǒng)會進(jìn)行進(jìn)一步測試，并有可能擴大其應(yīng)用，比如為小型電網(wǎng)提供后備電源，或者用來儲存其他發(fā)電廠產(chǎn)生的余熱。這個初步的系統(tǒng)也將進(jìn)一步改進(jìn)3-D熱模型技術(shù)，來更好的評估系統(tǒng)性能，并且有利于規(guī)劃更大規(guī)模的儲熱系統(tǒng)。

　　阿貢機械工程師于文華表示：“我們正在尋求建設(shè)更大規(guī)模的電廠系統(tǒng)，今年我們正在建設(shè)的這種示范性系統(tǒng)正好可以作為組成這個更大規(guī)模系統(tǒng)中的一個小模塊。其實大規(guī)模的系統(tǒng)正是由許多的小模塊合理地組織在一起構(gòu)成的。

　　全尺寸大小的系統(tǒng)設(shè)計預(yù)計可以滿足目前電廠的儲熱需求。目前的電廠使用氯化鎂作為儲熱介質(zhì)，在450-600攝氏度（850-1100華氏度）下驅(qū)動蒸汽輪機發(fā)電的。當(dāng)更先進(jìn)的超臨界二氧化碳汽輪機上線后，該系統(tǒng)還可以使用氯化鈉作為儲熱介質(zhì)。這種超臨界二氧化碳汽輪機比蒸汽輪機更有效率，但要在更高的700攝氏度（1300華氏度）下運行。

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