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以色列和法國科學家最近的研究表明，將超大規模的光伏與熔鹽儲槽連接起來，對于高能耗地區來說是一種可行的能源技術解決方案。

在(zai)(zai)《可再生(sheng)和可持續能(neng)源評(ping)論》（Renewable and Sustainable Energy Reviews）上發表的(de)一項研(yan)究中，利用光伏和熔鹽儲存提供大規模(mo)電力需求，研(yan)究人員提出了一個模(mo)型(xing)，在(zai)(zai)太陽直射光束輻射低(di)、全球太陽輻射水平高(gao)的(de)地區(qu)，將公用設施規模(mo)的(de)太陽能(neng)發電與高(gao)溫熔鹽儲存相(xiang)結合。

學者(zhe)們提出(chu)的光伏加蓄熱（PV-TS）解(jie)(jie)決方案(an)，由于光伏技(ji)術(shu)提供了“非常有利的經(jing)濟性”，被(bei)稱(cheng)為“準備立即實施”，代表了CSP熔鹽塔的替代品，在(zai)CSP技(ji)術(shu)被(bei)認為不可(ke)(ke)行的地區，因為集中器不能(neng)利用漫射的太陽輻射。學者(zhe)們解(jie)(jie)釋說：“這里的目標(biao)不是針對具體地點(dian)的精確答案(an)，而是要看(kan)看(kan)光伏系(xi)統規模、存儲容量、電網滲(shen)透水平和成本估(gu)算的大小(xiao)是否可(ke)(ke)行。”

在PV-TS裝置中，所(suo)產生(sheng)的太陽(yang)能的相當(dang)一部分將被(bei)用來對熔鹽(yan)儲熱(re)(re)器進行電阻加(jia)熱(re)(re)，使其溫度超過(guo)565攝氏度，而儲存的熱(re)(re)能又將被(bei)用來驅動高效的過(guo)熱(re)(re)汽輪機(ji)發電。

以(yi)色列-法國小組進行的(de)(de)模擬顯(xian)示，在某些(xie)地區(qu)(qu)，光伏發(fa)電(dian)的(de)(de)電(dian)網穿(chuan)(chuan)透率可(ke)以(yi)從不使(shi)用蓄(xu)熱時(shi)的(de)(de)30%左右(you)提(ti)高(gao)到僅(jin)使(shi)用12小時(shi)蓄(xu)熱時(shi)的(de)(de)80%左右(you)。該組織進一步解(jie)釋說：“此(ci)外(wai)，只要增(zeng)加25%的(de)(de)太陽能(neng)投入(ru)，就可(ke)以(yi)實現90%的(de)(de)電(dian)網普(pu)及率。對于日照(zhao)較(jiao)高(gao)的(de)(de)地區(qu)(qu)，比(bi)例(li)可(ke)以(yi)保持(chi)在90%左右(you)，額外(wai)25%的(de)(de)太陽能(neng)輸(shu)入(ru)可(ke)以(yi)將(jiang)電(dian)網穿(chuan)(chuan)透率提(ti)高(gao)到95%左右(you)。”

在此類項目中，光伏發(fa)(fa)電(dian)廠的(de)規模不應(ying)(ying)定(ding)(ding)為需(xu)(xu)(xu)要滿足特定(ding)(ding)白天高峰需(xu)(xu)(xu)求的(de)公共設施，大部分(fen)發(fa)(fa)電(dian)應(ying)(ying)用于熔(rong)鹽罐中的(de)蓄熱(re)。研究(jiu)人(ren)員(yuan)指出：“儲存的(de)熱(re)量不僅能(neng)滿足夜間的(de)電(dian)力(li)需(xu)(xu)(xu)求，而且能(neng)滿足白天次高峰日照(zhao)時段的(de)電(dian)力(li)需(xu)(xu)(xu)求。”研究(jiu)人(ren)員(yuan)還補(bu)充說，平均約0.64km2的(de)土地(di)面(mian)積對于一個太瓦(wa)時的(de)年發(fa)(fa)電(dian)量是必要的(de)。

根據(ju)他們的(de)說法，研究中(zhong)提出的(de)“非常規”解決方案也可能與屋頂光伏陣列和已經在(zai)一些國家退(tui)役(yi)的(de)化(hua)石(shi)燃料和核電站中(zhong)運行的(de)大型汽(qi)輪機相結合。

研究結果(guo)僅涉及(ji)美(mei)國領(ling)土，但可以擴展到氣候條件和公用事業需求概況(kuang)(kuang)相似的(de)(de)(de)所有地區(qu)。論文指出：“對于平均日(ri)照(zhao)比美(mei)國高的(de)(de)(de)地區(qu)——其中一些地區(qu)的(de)(de)(de)電力需求狀況(kuang)(kuang)恰好(hao)與太陽能(neng)利用率(lv)有更好(hao)的(de)(de)(de)關(guan)聯——每千瓦時(shi)用電量的(de)(de)(de)光伏和存儲(chu)需求將(jiang)更低。此外(wai)，向全(quan)電動汽車(che)(che)的(de)(de)(de)過(guo)渡可能(neng)會增加白(bai)天(tian)電力需求的(de)(de)(de)比例，因為(wei)白(bai)天(tian)大部分的(de)(de)(de)電動汽車(che)(che)都會進行充(chong)電。”

俄羅斯、前(qian)蘇維埃共和國(guo)、日本、北亞和中北歐與美國(guo)一起被(bei)指出是最適合(he)部署PV-TS項目(mu)的(de)地區。

該(gai)研(yan)究團隊由以色列(lie)本古里安內蓋(gai)夫大學、法(fa)(fa)國艾克斯馬賽大學和法(fa)(fa)國國家(jia)太(tai)陽能(neng)聚(ju)光(guang)系統研(yan)發(fa)實驗室Promes的科學家(jia)組成。

什么是熔鹽儲能技術？

盡管太(tai)(tai)陽(yang)能技(ji)術得(de)到(dao)(dao)了廣泛(fan)使(shi)用，但它們卻(que)受到(dao)(dao)大多數可再生(sheng)技(ji)術的(de)(de)限制：由于天氣(qi)(qi)變化，其(qi)運行狀況無法預測。但是(shi)，利用熔(rong)融鹽(yan)的(de)(de)高效特性進行熱傳遞，一(yi)種(zhong)技(ji)術可以(yi)將(jiang)電力生(sheng)產與(yu)天氣(qi)(qi)波動隔離開來，更重要(yao)的(de)(de)是(shi)，它可以(yi)根據(ju)需要(yao)分(fen)配電力而(er)無需使(shi)用天然氣(qi)(qi)。這項技(ji)術是(shi)一(yi)種(zhong)集中(zhong)式太(tai)(tai)陽(yang)能（CSP）技(ji)術，圍繞專(zhuan)有的(de)(de)中(zhong)央接(jie)收(shou)塔和熔(rong)融鹽(yan)回路(lu)而(er)構(gou)建。

熔鹽(yan)儲(chu)能使用鹽(yan)作為(wei)熱(re)(re)能存儲(chu)介質。液(ye)態鹽(yan)被泵送通過面板或電加(jia)熱(re)(re)器，在將其加(jia)熱(re)(re)到(dao)儲(chu)熱(re)(re)罐或蒸汽發生器之前，先(xian)將其加(jia)熱(re)(re)到(dao)570°C。在這里(li)，它(ta)產生過熱(re)(re)的蒸汽來驅(qu)動渦(wo)輪。液(ye)態鹽(yan)保存在絕緣的儲(chu)罐中，可以在其中調(diao)節體積，以提供每種(zhong)應用和位置所需的存儲(chu)容量。它(ta)是(shi)存儲(chu)可再生能源的可靠選擇，并且是(shi)對(dui)現有基礎架(jia)構和系統的靈活，經濟高效的補充。

蓄熱被認為(wei)是可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能源運動的未來，因為(wei)與許多(duo)間(jian)歇性(xing)可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)資源（例如(ru)風能）不同，蓄熱提供了(le)具有穩定(ding)容量和可(ke)(ke)調度(du)性(xing)的“零(ling)排放”技術。蓄熱系統提供了(le)一個(ge)(ge)額外的好(hao)處：允許對工廠進行設計(ji)以(yi)優(you)化電力負荷(he)曲線，以(yi)滿足(zu)特定(ding)的市場需求(qiu)。例如(ru)，可(ke)(ke)以(yi)設計(ji)一個(ge)(ge)工廠以(yi)在需求(qiu)高峰期最大化發電量，或者在太陽(yang)下山后(hou)繼續發電。

圖1顯示(shi)了如何利用蓄熱系統將電力生產(chan)“轉移”到需求高峰(feng)期。當(dang)太陽(yang)開始發光(guang)時(shi)會收(shou)集太陽(yang)能，但是大約在(zai)6小時(shi)后會發電，以便(bian)在(zai)需求高峰(feng)期發電。紅線表(biao)示(shi)直接的(de)(de)太陽(yang)輻射，藍線表(biao)示(shi)未保(bao)存的(de)(de)生產(chan)曲(qu)線，藍點虛(xu)線表(biao)示(shi)已保(bao)存6小時(shi)的(de)(de)生產(chan)曲(qu)線。

技術說明

蓄熱技術(shu)采用太陽(yang)能“電(dian)力塔”設計，該技術(shu)通(tong)過將(jiang)能量(liang)集中在(zai)(zai)安裝在(zai)(zai)塔上的中央熱交換器或接(jie)收器上，從日(ri)光(guang)中發電(dian)。

如(ru)上圖所示，一個稱為定日(ri)鏡(jing)的太(tai)(tai)陽(yang)(yang)跟蹤鏡(jing)用于將(jiang)太(tai)(tai)陽(yang)(yang)輻射(she)反射(she)并聚集到接(jie)收(shou)器上（步(bu)(bu)驟1）。在(zai)Solar Reserve的太(tai)(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)二號設施，熔融(rong)(rong)鹽通(tong)過接(jie)收(shou)器中(zhong)的管道循環，收(shou)集從太(tai)(tai)陽(yang)(yang)收(shou)集的能(neng)(neng)(neng)量（步(bu)(bu)驟2）。然后(hou)將(jiang)熱(re)的熔融(rong)(rong)鹽輸送(song)(song)到隔熱(re)的熱(re)儲罐，在(zai)其(qi)中(zhong)可(ke)以以最小的能(neng)(neng)(neng)量損失存儲能(neng)(neng)(neng)量（步(bu)(bu)驟3）。當要(yao)發電時，熱(re)的熔融(rong)(rong)鹽被送(song)(song)至熱(re)交(jiao)換(huan)器（或蒸汽(qi)發生(sheng)(sheng)(sheng)器），并用于產生(sheng)(sheng)(sheng)高溫(wen)高壓的蒸汽(qi)。然后(hou)，將(jiang)蒸汽(qi)用于為常規蒸汽(qi)輪機(ji)提(ti)供(gong)動(dong)力(li)，以發電（步(bu)(bu)驟4）。離(li)開蒸汽(qi)發生(sheng)(sheng)(sheng)器后(hou)，將(jiang)熔融(rong)(rong)鹽送(song)(song)入冷鹽儲熱(re)罐（步(bu)(bu)驟5）并重復該(gai)循環。

該鹽(yan)是(shi)(shi)(shi)硝酸鈉和硝酸鉀的(de)(de)(de)混(hun)合(he)物，熔(rong)(rong)點為(wei)460°F。在液態下(xia)，熔(rong)(rong)融(rong)鹽(yan)的(de)(de)(de)粘度(du)和外(wai)觀(guan)類似于水。“在太陽能應用中(zhong)，出于多種實際原因使用熔(rong)(rong)融(rong)鹽(yan)，”SolarReserve首席執行(xing)官(guan)Terry Murphy說，他與(yu)其他人一(yi)起幫助(zhu)Rocketdyne開發了熔(rong)(rong)融(rong)鹽(yan)技(ji)術(shu)。熔(rong)(rong)融(rong)鹽(yan)是(shi)(shi)(shi)一(yi)種儲熱介質(zhi)，可以(yi)隨(sui)著時間的(de)(de)(de)推移非(fei)常有(you)效(xiao)地保留(liu)熱能，并(bing)且可以(yi)在高于1000°F的(de)(de)(de)溫度(du)下(xia)運(yun)行(xing)，與(yu)最高效(xiao)的(de)(de)(de)蒸汽輪機非(fei)常匹(pi)配。其次，它在工(gong)廠的(de)(de)(de)整個運(yun)行(xing)過程(cheng)中(zhong)保持液態，這將改(gai)善(shan)長(chang)期可靠性并(bing)降低運(yun)維成(cheng)本。第三，它是(shi)(shi)(shi)完(wan)全“綠(lv)色(se)”的(de)(de)(de)熔(rong)(rong)融(rong)鹽(yan)，是(shi)(shi)(shi)一(yi)種無毒，易于獲(huo)得的(de)(de)(de)材料(liao)，

熔(rong)(rong)融(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)中(zhong)央接(jie)收器(qi)技術(shu)的(de)主(zhu)要優點是可(ke)以(yi)將熔(rong)(rong)融(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)加熱(re)(re)到1050°F，從(cong)(cong)而可(ke)以(yi)在(zai)公用(yong)事業標準溫度（最低1650 psi，1025°F）下生成高能(neng)蒸(zheng)汽，從(cong)(cong)而實現高熱(re)(re)力循環(huan)效(xiao)率(lv)在(zai)現代(dai)蒸(zheng)汽輪機系(xi)統(tong)中(zhong)約占40％。在(zai)保持(chi)這種高循環(huan)效(xiao)率(lv)的(de)同時，還(huan)允許使用(yong)干式冷卻塔，這在(zai)具有最佳太陽能(neng)潛力的(de)干旱國家中(zhong)很重要。通過接(jie)收器(qi)的(de)熔(rong)(rong)融(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)傳熱(re)(re)回(hui)路與主(zhu)蒸(zheng)汽溫度和壓(ya)(ya)力隔離，從(cong)(cong)而通過使用(yong)低壓(ya)(ya)鹽(yan)(yan)(yan)管道節(jie)省了成本。最后，該系(xi)統(tong)的(de)設計目的(de)是將熔(rong)(rong)融(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)回(hui)路的(de)長度最小(xiao)化到小(xiao)于2500英(ying)尺，并對其進(jin)行熱(re)(re)跟蹤(zong)以(yi)防止“凍結”。

已(yi)經確定(ding)了使用熔融(rong)鹽的(de)(de)蓄熱系統可(ke)與其他太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)技(ji)術(shu)一(yi)起使用，例如拋物線槽系統，這(zhe)是迄今為(wei)(wei)止安裝的(de)(de)主要(yao)(yao)太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)熱技(ji)術(shu)。槽式(shi)工(gong)廠將(jiang)(jiang)需(xu)要(yao)(yao)一(yi)個(ge)附加(jia)的(de)(de)熱交換(huan)器(qi)，以將(jiang)(jiang)能(neng)(neng)(neng)量(liang)從工(gong)作(zuo)(zuo)流體傳遞(di)到存儲裝置，并將(jiang)(jiang)存儲的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)量(liang)傳遞(di)回(hui)蒸(zheng)汽系統。據估計(ji)，槽式(shi)設備所(suo)需(xu)的(de)(de)附加(jia)熱交換(huan)器(qi)導致循(xun)環效率損失高(gao)達(da)(da)7％。另外，槽式(shi)設備只能(neng)(neng)(neng)達(da)(da)到700°F的(de)(de)高(gao)溫工(gong)作(zuo)(zuo)流體溫度，因此，作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)集成式(shi)蓄熱系統（蓄能(neng)(neng)(neng)溫度為(wei)(wei)1050°F），需(xu)要(yao)(yao)大約3倍的(de)(de)蓄熱量(liang)才能(neng)(neng)(neng)產生給(gei)定(ding)的(de)(de)電(dian)量(liang)。