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　　CSPPLAZA光熱發電網訊：據悉，美國能源部（DOE）擬通過Small Business Vouchers（SBV）計劃撥給阿貢國家實(shi)驗室一(yi)筆經費(fei)，用(yong)以(yi)支持其對Terrafore公司所研究的創(chuang)新型膠囊式相變(bian)熔鹽儲(chu)(chu)(chu)熱技(ji)術進行(xing)進一(yi)步大(da)規模獨立(li)測試。利用(yong)該創(chuang)新型儲(chu)(chu)(chu)熱技(ji)術可(ke)實(shi)現儲(chu)(chu)(chu)熱和換熱兩(liang)過(guo)程(cheng)在(zai)一(yi)個單(dan)獨儲(chu)(chu)(chu)罐中完(wan)成，而(er)且系統運行(xing)溫度可(ke)超過(guo)800°C。

　　據悉，當了解到有(you)望獲得能源(yuan)部的(de)資金支(zhi)持(chi)后(hou)，阿貢國(guo)家實(shi)驗室的(de)科學家們目前已與Terrafore公司首(shou)席執行官Anoop Mathur接洽并提出實(shi)驗申請。事(shi)實(shi)上，早在2008年9月美(mei)國(guo)能源(yuan)部就曾(ceng)撥付給Terrafore180萬美(mei)元經費，用(yong)于支(zhi)持(chi)其研究混合熔鹽流動和傳熱特性，以及評(ping)估(gu)熔鹽相變(bian)蓄熱的(de)潛力。

　　Mathur表示：“我(wo)們之前在美國西南(nan)研究院已經證(zheng)明了膠(jiao)囊式相變熔鹽在370°C條(tiao)件下的(de)可靠性，而阿貢(gong)國家實驗(yan)室的(de)獨立測試則(ze)將進(jin)一步證(zheng)明，這些熔鹽膠(jiao)囊表面的(de)特殊涂層(ceng)能夠承受試驗(yan)設備所施加的(de)高溫和高壓考(kao)驗(yan)。”

　　相比傳統雙罐儲熱系統單位體積熱容高出50%

　　Mathur進(jin)一步(bu)補充說(shuo)：“我(wo)們的(de)膠囊式(shi)(shi)相變熔鹽儲熱(re)技(ji)(ji)術已經(jing)具備了商業化實力(li)，我(wo)們有信心(xin)將該技(ji)(ji)術應用于分布式(shi)(shi)規模的(de)迷你(ni)塔(ta)式(shi)(shi)、碟式(shi)(shi)光熱(re)電站(zhan)以及使用超臨界二(er)氧化碳循環(huan)技(ji)(ji)術的(de)新一代光熱(re)電站(zhan)。”

　　Mathur將其設計的(de)密封式(shi)熔(rong)鹽(yan)(yan)膠(jiao)囊(nang)命名為TerraCaps，若(ruo)采(cai)用(yong)該技(ji)術儲熱(re)(re)裝(zhuang)置將無(wu)須采(cai)用(yong)目前常規的(de)雙罐(guan)(guan)設計（熱(re)(re)罐(guan)(guan)與冷(leng)罐(guan)(guan)），僅使用(yong)單罐(guan)(guan)即(ji)可(ke)(ke)。據(ju)悉，單個罐(guan)(guan)體即(ji)可(ke)(ke)同時實現儲熱(re)(re)和傳熱(re)(re)，而(er)且(qie)相(xiang)比(bi)目前光熱(re)(re)電站常見(jian)的(de)雙罐(guan)(guan)熔(rong)鹽(yan)(yan)儲熱(re)(re)系(xi)統，這種膠(jiao)囊(nang)式(shi)相(xiang)變熔(rong)鹽(yan)(yan)儲熱(re)(re)系(xi)統單位體積的(de)熱(re)(re)容量可(ke)(ke)以高出50%。而(er)得(de)以實現單罐(guan)(guan)完成傳儲熱(re)(re)技(ji)術的(de)關鍵是膠(jiao)囊(nang)要在其內(nei)(nei)部(bu)(bu)熔(rong)鹽(yan)(yan)融化膨脹時為其提供(gong)充足的(de)內(nei)(nei)部(bu)(bu)空間。

　　Mathur指出(chu)，正(zheng)是膠囊內部的(de)熔(rong)鹽(yan)以及(ji)充足(zu)的(de)空間保(bao)證(zheng)了單(dan)位(wei)體積儲熱(re)容量(liang)的(de)大幅提升，部分熔(rong)鹽(yan)熔(rong)化后體積可變大25％左右。由于導(dao)熱(re)性較(jiao)低，熔(rong)鹽(yan)在換熱(re)方面(mian)(mian)效(xiao)率不高(gao)且換熱(re)時需(xu)要足(zu)夠大的(de)接觸面(mian)(mian)積，而將熔(rong)鹽(yan)裝在小膠囊中則可增大比表面(mian)(mian)積，幫助維持發電系統(tong)所需(xu)的(de)高(gao)傳熱(re)效(xiao)率。

　　膠囊內的空間如何形成？

　　據Mathur介紹，在(zai)(zai)直徑幾(ji)乎不到1英寸(cun)的(de)(de)(de)膠(jiao)囊(nang)(nang)中制(zhi)造空間的(de)(de)(de)過程十分(fen)有(you)趣。首先會在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)條件(jian)下(xia)把一種變(bian)成氣態的(de)(de)(de)聚合物(wu)包裹在(zai)(zai)熔鹽顆粒【采(cai)用(yong)流化床(chuang)造粒裝置制(zhi)取】表(biao)面(mian)形(xing)成涂(tu)層，然后(hou)將被涂(tu)層包裹的(de)(de)(de)鹽壓(ya)縮(suo)成像(xiang)黏土一樣并形(xing)成膠(jiao)囊(nang)(nang)狀，接著再(zai)利用(yong)化學氣相沉(chen)積法為膠(jiao)囊(nang)(nang)“穿(chuan)上(shang)”一個鎳(nie)基金屬(shu)“外套”——耐高(gao)溫(wen)涂(tu)層。需(xu)要注意(yi)的(de)(de)(de)是，根(gen)據應用(yong)溫(wen)度不同要選擇不同的(de)(de)(de)耐高(gao)溫(wen)復合涂(tu)層。

　　接(jie)著(zhu)加熱膠囊，這時熔鹽(yan)表面附(fu)著(zhu)的聚合物將再次變成氣(qi)體(ti)并通過氣(qi)孔(kong)逸出，同時也使膠囊內部(bu)留下(xia)了一些孔(kong)隙，為(wei)鹽(yan)在加熱和冷(leng)卻時的膨脹和收縮創造(zao)空間條件(jian)。最后再將一種(zhong)特殊(shu)的涂(tu)層附(fu)著(zhu)在膠囊表面以密封(feng)氣(qi)孔(kong)并使其(qi)牢(lao)固。【詳細過程見下(xia)列組圖(tu)】

　　Step1

　　Step2

　　Step3

　　Step4

　　阿貢國家實驗(yan)室的進一步測試(shi)有望(wang)將該技術(shu)推(tui)向(xiang)大規模(mo)商業化應用階(jie)段。

　　Mathur表示：“現(xian)在我們(men)已經證明了(le)(le)這項技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)可行性(xing)并做好了(le)(le)商業(ye)化應用(yong)的(de)(de)(de)準備，這是一項巨(ju)大的(de)(de)(de)技(ji)術(shu)(shu)突(tu)破。此前(qian)雖然有許(xu)多研究(jiu)人員一再嘗試通過使(shi)用(yong)鹽的(de)(de)(de)相變(bian)(bian)原理來達到增(zeng)加儲(chu)能密(mi)度的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)，許(xu)多公司(si)也在嘗試利用(yong)熔鹽相變(bian)(bian)，但都(dou)在換(huan)熱與傳熱方面(mian)遇(yu)到了(le)(le)一些技(ji)術(shu)(shu)難題。”

　　膠囊式相變熔鹽儲熱技術如何實現單罐傳儲熱？

　　據了(le)解(jie)，這種(zhong)(zhong)獨創性的(de)(de)類似彈珠形(xing)狀的(de)(de)膠囊可(ke)以(yi)幫助人們(men)輕松實(shi)現單罐(guan)傳儲熱。膠囊內(nei)通過(guo)封裝三(san)種(zhong)(zhong)不(bu)同(tong)成分的(de)(de)無(wu)機鹽可(ke)以(yi)賦(fu)予(yu)它們(men)不(bu)同(tong)的(de)(de)熔點。

　　三種不(bu)同的(de)(de)膠(jiao)囊(nang)(nang)需(xu)要(yao)分層放置(zhi)，熔點(dian)(dian)最低(di)的(de)(de)膠(jiao)囊(nang)(nang)置(zhi)于罐(guan)體底(di)部(bu)(bu)，熔點(dian)(dian)最高(gao)的(de)(de)膠(jiao)囊(nang)(nang)則置(zhi)于頂部(bu)(bu)，從(cong)頂部(bu)(bu)到(dao)底(di)部(bu)(bu)形(xing)成(cheng)熱(re)串(chuan)聯。太陽能吸熱(re)器收集的(de)(de)熱(re)量通過傳(chuan)熱(re)介(jie)質從(cong)上至(zhi)(zhi)下(xia)流至(zhi)(zhi)罐(guan)中(zhong)與膠(jiao)囊(nang)(nang)換(huan)(huan)熱(re)后冷卻(que)。反之，需(xu)要(yao)使用(yong)(yong)膠(jiao)囊(nang)(nang)中(zhong)儲(chu)存(cun)的(de)(de)熱(re)量時，傳(chuan)熱(re)介(jie)質則采(cai)用(yong)(yong)從(cong)下(xia)到(dao)上的(de)(de)換(huan)(huan)熱(re)路線。最終(zhong)通過此(ci)技(ji)術可以實現單(dan)罐(guan)體取代雙罐(guan)以及換(huan)(huan)熱(re)器，從(cong)而(er)實現降低(di)成(cheng)本(ben)與提(ti)高(gao)效率(lv)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。

　　另一方面(mian)，由于(yu)單位體(ti)積(ji)熔鹽(yan)的(de)表(biao)面(mian)積(ji)增(zeng)大(da)(da)，因此(ci)換(huan)熱面(mian)積(ji)也得到擴大(da)(da)，這也是該技術實現成本下降(jiang)和效率提(ti)高的(de)原因之一。Mathur透露(lu)：“三種鹽(yan)的(de)混合使用可使超過(guo)93％的(de)相變熱被有效儲存并保持恒定的(de)溫度為發電系統供(gong)能。”

　　或與超臨界CO2等熱氣體介質聯合測試

　　據悉，在阿貢國家實(shi)驗(yan)室將(jiang)(jiang)要(yao)進(jin)行的(de)測試(shi)中，將(jiang)(jiang)采用熱(re)空氣(qi)介質(zhi)而非蒸汽，并且(qie)將(jiang)(jiang)只使用一(yi)種鹽：氯(lv)化鈉(na)（食(shi)鹽）或氯(lv)化鎂(mei)。同時，科學家還(huan)會利(li)用空氣(qi)或氦(hai)氣(qi)驅動(dong)的(de)斯特林(lin)發動(dong)機和布雷頓循環(huan)系統進(jin)行試(shi)驗(yan)，運(yun)行溫(wen)度可達800°C以上，這個溫(wen)度將(jiang)(jiang)遠(yuan)遠(yuan)高于目前一(yi)般商業化光熱(re)電站(zhan)的(de)運(yun)行溫(wen)度。

　　因為測試(shi)條件為超(chao)高(gao)溫(wen)高(gao)壓，因此(ci)該測試(shi)也將適用于超(chao)臨界二氧化碳技術。

　　Mathur表示：“使(shi)用熱(re)空(kong)(kong)氣(qi)的(de)好(hao)處是(shi)，如果熱(re)空(kong)(kong)氣(qi)在(zai)測試中(zhong)行的(de)通，那(nei)么超(chao)(chao)(chao)二(er)氧(yang)(yang)化碳也會行的(de)通。超(chao)(chao)(chao)臨(lin)界二(er)氧(yang)(yang)化碳是(shi)一(yi)種類(lei)似空(kong)(kong)氣(qi)的(de)氣(qi)體，但承壓程度有別于空(kong)(kong)氣(qi)。如果這些涂層足以抵(di)抗熱(re)空(kong)(kong)氣(qi)的(de)外力，那(nei)么它們也應該能夠承受住超(chao)(chao)(chao)臨(lin)界二(er)氧(yang)(yang)化碳的(de)壓力。”

　　斯特林光熱發電技術的福音？

　　目前，采(cai)用斯(si)特(te)林發(fa)(fa)動機和布(bu)雷頓循環技術的(de)光(guang)熱電(dian)(dian)站并非主(zhu)流，因為從發(fa)(fa)電(dian)(dian)效率角度(du)(du)看(kan)其與塔(ta)式電(dian)(dian)站相比優(you)勢不明顯，從穩定(ding)性角度(du)(du)看(kan)則跟槽式存(cun)在一定(ding)差(cha)距。

　　但(dan)是(shi)，碟式斯(si)特林(lin)光(guang)熱發電(dian)系統或(huo)布雷頓循環微型(xing)塔(ta)(ta)式電(dian)站(zhan)可(ke)以(yi)以(yi)較低(di)的成本實(shi)現(xian)高(gao)達32％的光(guang)電(dian)轉化效(xiao)率。與(yu)光(guang)伏一樣(yang)，它們也(ye)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)分布式和模(mo)塊化，并在較小規模(mo)范圍內(nei)產(chan)生(sheng)成本效(xiao)益。但(dan)相比槽式和塔(ta)(ta)式電(dian)站(zhan)，其主要缺陷是(shi)目前還(huan)沒有(you)非(fei)常(chang)可(ke)行(xing)并具有(you)較高(gao)經濟性的配套儲能方案。

　　但(dan)是，通過采用Terrafore公(gong)司上述膠(jiao)囊式相變熔鹽儲(chu)熱技術的單(dan)罐儲(chu)熱系統或可(ke)改變這(zhe)種不利(li)局面。

　　與光伏(fu)類似，碟式(shi)斯特林(lin)發電系(xi)統(tong)(tong)可(ke)(ke)以(yi)直接發電，比較適(shi)合(he)模(mo)塊化應(ying)用。目前，Mathur正在研究(jiu)單(dan)機15KW的(de)斯特林(lin)發電系(xi)統(tong)(tong)結(jie)合(he)膠囊式(shi)相變熔(rong)鹽單(dan)罐儲(chu)熱(re)系(xi)統(tong)(tong)的(de)綜合(he)系(xi)統(tong)(tong)應(ying)用于島(dao)嶼和農村的(de)小型高效模(mo)塊化離網系(xi)統(tong)(tong)的(de)市場(chang)前景，這種(zhong)極具經濟性的(de)膠囊式(shi)相變熔(rong)鹽單(dan)罐儲(chu)熱(re)系(xi)統(tong)(tong)將可(ke)(ke)使整體系(xi)統(tong)(tong)實現穩定電力輸出。

　　據Mathur透露，目(mu)前該司已成功將工(gong)作溫(wen)度在370℃至800℃甚至更(geng)高一(yi)些(xie)的熔(rong)鹽產(chan)品(pin)應用于(yu)其創新型膠囊相變(bian)熔(rong)鹽儲熱技術。

　　而且，這種(zhong)創(chuang)新型膠囊相變熔鹽(yan)儲熱(re)技術將不僅僅適用(yong)(yong)于超臨界二氧化(hua)碳系(xi)(xi)統(tong)或斯特林發(fa)(fa)電(dian)系(xi)(xi)統(tong)。Mathur表示，這種(zhong)新技術也可(ke)(ke)以(yi)(yi)適用(yong)(yong)于槽式光熱(re)電(dian)站(zhan)并(bing)能有效(xiao)降低投資成(cheng)本并(bing)提(ti)高發(fa)(fa)電(dian)效(xiao)率。對此Mathur解釋道(dao)：“不同種(zhong)類的(de)鹽(yan)都(dou)適用(yong)(yong)我們的(de)技術，采用(yong)(yong)熔點(dian)為650°C左右的(de)鹽(yan)可(ke)(ke)以(yi)(yi)用(yong)(yong)于使用(yong)(yong)超臨界CO2循環系(xi)(xi)統(tong)的(de)新一代(dai)(dai)光熱(re)電(dian)站(zhan)，而熔點(dian)低一些的(de)鹽(yan)則可(ke)(ke)以(yi)(yi)用(yong)(yong)于目前主流的(de)塔式和槽式電(dian)站(zhan)，而且該技術的(de)應用(yong)(yong)可(ke)(ke)以(yi)(yi)讓單罐(guan)設計取代(dai)(dai)常規(gui)的(de)雙罐(guan)儲熱(re)系(xi)(xi)統(tong)。”

附：英文原文鏈接：