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新型固態硅儲能系統或將塔式光熱電站運行溫度提升至2000℃
發布者：本網記者Zoe | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 8693查看 | 2017-08-24 19:06:00    
       CSPPLAZA光熱發電網報道：當前，天然氣發電和光伏發電的成本都在逐步下降，各種可再生能源之間的競爭也變得日益激烈。對于光熱電站開發商而言，要想在競爭中搶得先機，就必須努力降低成本。而儲能技術（TES）作為光熱發電的一個重要環節，則正是取得成本優勢的關鍵因素。

　　在每個電站中，由于儲能系統選用的技術類型和匹配容量的不同，其在光熱電站總成本中所占比例約為10%~20%。據國際可再生能源署IRENA發布數據顯示，隨著儲能溫度的逐步提高，儲能系統的設計不斷優化，到2025年，拋物線槽式電站的儲能成本可降低38%，約26美元/kWhth；而塔式電站的儲熱成本則可降低17%，達到22美元/kWhth。美國能源部SunShot Initiative計劃的既定目標則是到2020年將儲能成本降至15美元/kWhth。

　　近日，歐洲研究人員最新研發出一種以新型熔融硅為主要材料的儲能系統。以固態形式儲熱換熱，有望在2019年將光熱電站的運行溫度提升到2000℃，從而降低光熱塔的安裝和維護成本。
       

       新型硅儲能系統最大優勢——低成本

　　有業內專家指出，從熱力學角度出發，熔鹽的穩定性受溫度影響加大。在理想狀態下，其兩種主要成分硝酸鈉和硝酸鉀能夠在600℃下保持穩定。但在實際應用中，硝酸鹽在高溫環境下對一般的碳鋼具有很強的腐蝕性，且在427℃時會發生緩慢分解。因此，碳鋼熔鹽儲罐決定了熔鹽塔式光熱電站的儲能系統溫度通常無法超過600℃。為了提高電站的運行效率，一些研究人員在積極尋找其他儲存介質。

　　馬德里理工大學（UPM）太陽能研究所就在前不久公布，其領導的“Amadeus”項目的最新研究成果表明，利用硅材料的新型儲熱技術的儲能密度能達到熔鹽儲能的10倍。

　　研究員Alejandro Datas介紹道，溫度一旦達到一定高的水平，部分熱量會在熱傳導過程中，經傳導或對流而被轉化為輻射損失掉。所以我們要盡可能淘汰流體的導熱形式，轉向使用更簡單，效益更好的儲熱介質。

　　UPM研究人員認為他們的硅材料儲熱技術可以降低整個電站的投資成本。因為這種技術更輕巧，用料更少，所需的安裝人力也更少。其中，硅和硅基合金材料的成本十分可觀，有望低于5歐元/kWhth(5.9美元/kWhth)，而熱電轉換（TPV）裝置的成本預計還不到1歐元/Watt。并且，當塔式電站中沒有流動性的傳儲熱介質后，后期的運維成本也會降低。

　　儲能容量：50公升硅=500公升熔鹽

　　據悉，“Amadeus”研究項目由8家研究機構合作推進，預算是330萬歐元。該項目為期三年，到2019年結束。

　　由于槽式光熱系統的集熱溫度相對有限，因此，該項目的主要研究對象集中在塔式和碟式光熱電站上。

　　該研發團隊把硅和硅硼合金鎖定為主要的儲能材料。硅是地殼中第二豐富的元素，成本每千克不到2美元，并且硅潛熱值（指物質在等溫等壓情況下，從一個相變化到另一個相吸收或放出的熱量）可達1,230kWh/m3，而硅硼合金則高達2,680kWh/m3。在目前所有的儲能方式中，這兩種材料的能量密度最高，只有液體氫和汽油等其他燃料才可以超越它們。

　　但對于研究人員而言，這一研發過程同樣具有挑戰。純硅的特性之一是在熔化時體積縮小，反過來，從液態凝固時體積膨脹。因此，研究人員需要研發出限制體積膨脹的相變材料，增加潛熱值，降低熔點。

　　Datas表示，50公升的硅儲能系統的儲能容量堪比500公升的熔鹽儲能系統。

　　新型硅儲能系統或2019年實現商業化

　　新型硅基儲熱系統的第一個樣機就用在了UPM太陽能研究所的光熱設備上，該設備預計在2019年完工。

　　Datas說：“我們首先會用幾公升的相變材料建一個小型的實驗室規模樣機，儲能容量約為10kWhth，這個樣機將作為一個小型測試單元，用于測試Amadeus項目正在開發的不同材料和設備，”他補充道，“當整個研究項目結束后，我們的最終研究成果會形成一系列分析報告。”

　　同時，UPM中一組研究人員還組建了一家致力于科技商業化的衍生公司Silstore，計劃建造一個更大的樣機，專注于產品的最終應用。

　　Datas表示，我們近來正在尋找商業伙伴，當一定的資金支持到位后，我們將可能在2019年前建成第一個商業化儲能樣機，并使之在2020年實現首次正式運行。

附：英文原文鏈接：
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