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石墨及陶瓷高溫儲熱技術的研發進程

發布者：本網記者Robin | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 1評論 | 10771查看 | 2013-04-07 10:37:00

　　CSPPLAZA光熱發電網報道：一系列的研發活動看似正在逐步推進石墨儲熱技術邁向商業化應用的門檻，但目前還無法對此定論，光熱發電業界對石墨儲熱技術的研究和實踐還亟待加強。

圖：Solastor公司的塔式石墨吸熱儲熱系統

　　如果你并非一直關注這種技術，你可能并不了解石墨儲熱。此前有一些關于此項技術的研發推動，但一直以來，并未有公開的研究成果公布。

　　其中最有名的當屬西班牙SENER公司在此方面取得的進展，其得益于美國能源部Sunshot計劃的支持對石墨儲熱技術進行了研發。據公開信息顯示，SENER正在研究一種高效、經濟的固體石墨儲熱解(jie)決方案。據Sunshot網站對該項(xiang)目的介紹信息：如果該項(xiang)研發取得(de)成功，這種儲熱技(ji)術(shu)可在超過800攝氏度、甚至高(gao)達(da)1650攝氏度的溫度下穩定應用，無寄生性能源消耗，預期壽命可達(da)30年。但(dan)該(gai)網站也同時指出(chu)了該(gai)項目可能面對(dui)的(de)挑戰，包括提高儲熱系統內部(bu)的(de)布局設(she)計、減少管道(dao)需(xu)求(qiu)，增(zeng)加其經濟性，提高導熱系數，降低石墨用(yong)量等。

　　澳大利亞的一家創新型分布式塔式熱發電技術公司Solastor公司（參考CSPPLAZA相關報道）是一家采用高純度石墨作為儲熱材料并在實踐中予以應用的企業，其于2011年5月建成投運的3MW的Lake Cargelligo示(shi)范(fan)電(dian)站即是這樣一個(ge)采用(yong)石墨作(zuo)儲熱材料的塔式熱發(fa)電(dian)項目(mu)，其將熱量接收(shou)器(qi)和(he)儲熱系(xi)(xi)統(tong)、蒸汽發(fa)生系(xi)(xi)統(tong)集(ji)合為(wei)一個(ge)系(xi)(xi)統(tong)，雖(sui)然使(shi)系(xi)(xi)統(tong)設(she)計和(he)構造趨于簡(jian)單(dan)化，但無法(fa)使(shi)單(dan)機做(zuo)大(da)規模。該公司稱這種系(xi)(xi)統(tong)為(wei)G1-SSR，Solastor稱這是一種簡(jian)單(dan)、強大(da)的太(tai)陽能過熱和(he)儲熱(re)接收器。該公司(si)總經理Steve Hollis今年3月份還來到中國市場推(tui)廣(guang)這項(xiang)技術(shu)，其聲稱這是(shi)可以(yi)幫(bang)助光熱(re)發(fa)電實(shi)現24小時發(fa)電的儲熱(re)技術(shu)。

石墨納米粒子

　　Solastor公司董事長Nick Bain也確信石墨是G1-SSR熱量接收器很好的材料選擇。但這個公司一般不公開討論這項技術，僅僅在一些商業活動上會對其進行一些介紹。

　　當前的大規模光熱電站采用最多的儲熱介質為硝酸鹽熔鹽，而純粹利用石墨儲熱的成本較高，那么，是否可以采用石墨納米粒子與現有熔鹽進行混合以提高熔鹽的比熱？在美國能源部的資金扶持下，德克薩(sa)斯A&M大學對此(ci)進行了研(yan)究。該研(yan)究團隊的Debjyoti Banerjee博(bo)士稱，“將(jiang)石墨(mo)納(na)(na)米(mi)粒子混合入熔(rong)鹽(yan)可以提高熔(rong)鹽(yan)的儲熱(re)能力，除了石墨(mo)碳納(na)(na)米(mi)管，我們也在研(yan)究陶瓷納(na)(na)米(mi)粒子(zi)的可行(xing)性(xing)，這種材料在價格(ge)上更加(jia)低廉。利用陶瓷納米粒子(zi)，你可以使熔鹽獲得(de)與采用石墨納米粒子(zi)相(xiang)似的儲熱能力。添(tian)加(jia)這種粒子(zi)的濃度(du)僅需在0.1%~1%之間。”

　　另外，Banerjee博士的團隊還對氯化物鹽作為硝酸鹽的替代儲熱介質進行了研究。結果顯示可以在1000攝氏度以上的工作溫度下工作，特別是在混合了陶瓷納米粒子后，效果更加顯著。

　　雖然目前的測試設備不能在如此高的溫度下工作，但A&M大學的研究團隊能夠確定的是：氯化物鹽的特殊儲熱能力可以在混合陶瓷納米粒子后獲得極大的增強，其測試設備在高達700攝氏度的溫(wen)度下(xia)對其進(jin)行了(le)測試和驗證。

未來的設計路線

　　Banerjee博士說：“采用石墨納米粒子混合熔鹽是一項非常有前途的儲熱技術路線，其不僅僅可以用于傳統的太陽能熱發電站，也可以用于更具前瞻性的創新設計中去。”但氯化物鹽的腐蝕性較強(qiang)(qiang)，因此要(yao)想應用(yong)這(zhe)種熔鹽就必(bi)須設計強(qiang)(qiang)抗腐蝕的管(guan)道系統(tong)和熔鹽罐(guan)子，同時(shi)還(huan)需要(yao)耐高溫(wen)。這(zhe)一點對系統(tong)的壽命有重要(yao)影響。

　　如果需要1000攝氏度以上的儲熱溫度，項目開發商將很可能必須采用某種特殊類型的石墨材料，安裝防火管道和流體裝卸設備。這是唯一的可以保證其在如此高的溫度下運行且具有抗腐蝕性能的方法(fa)。Banerjee說，“可考慮采用(yong)石(shi)(shi)墨材(cai)料制作管道系統，這(zhe)是因為石(shi)(shi)墨天(tian)然(ran)的耐高溫屬(shu)性(xing)。”

　　對于氯化物鹽本身，采用石墨納米粒子混合來增加其比熱也有一定的作用，但這種物質相對陶瓷納米粒子來說更易受到氧化。但這并不意味著石墨納米粒子不能與熔鹽進行混合。

　　以1%的混合比例計算，一個30000噸的儲熱罐需要的石墨納米粒子量為300噸，我們可以從成本、效益的角度綜合考量，是采用陶瓷納米粒子還是石墨納米粒子。

　　對石墨或陶瓷材料的儲熱性能的研究還在繼續，將其與目前常用的硝酸鈉/硝酸鉀熔鹽進行混合儲熱也還需要進行實踐驗證，采用氯化物鹽代替硝酸類熔鹽與其進行混合的儲熱研究更在初(chu)級階段，純粹地(di)采(cai)用石墨或陶瓷材料(liao)進(jin)行儲(chu)熱也面臨著不少(shao)的(de)問(wen)題。在上(shang)述這些方面，我們需要更多(duo)的(de)研發投入(ru)。

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