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CSPPLAZA光熱發電網訊：據外媒消息，澳大利亞聯邦科學與工業研究組織CSIRO近日宣(xuan)布，作為(wei)利用“下(xia)落陶瓷顆粒”來捕獲(huo)和儲存(cun)太陽能研究項(xiang)目的一部分(fen)，其位(wei)于新(xin)(xin)南威爾士州紐卡斯爾的聚(ju)光(guang)太陽能研究取得了新(xin)(xin)突破(po)。

具體而言，由Jin-Soo Kim領導的太陽能技術團隊最近(jin)采用(yong)全新概念，在(zai)下落粒子接收器中首次實現了803℃的關(guan)鍵里程碑(bei)溫度。

Jin-Soo Kim表(biao)示，“這一突破意義(yi)重大，因(yin)為(wei)(wei)它(ta)可(ke)(ke)與我們的專利換熱器(qi)相結合(he)，進(jin)而使更大規模(mo)(mo)的可(ke)(ke)再生(sheng)能源(yuan)儲(chu)存成(cheng)為(wei)(wei)了可(ke)(ke)能。這項技(ji)術是大規模(mo)(mo)提(ti)供低成(cheng)本可(ke)(ke)再生(sheng)能源(yuan)以實(shi)現澳大利亞(ya)重工(gong)業脫碳(tan)的關(guan)鍵。”

可承受超1000℃高溫

據悉，CSIRO太陽(yang)(yang)能技(ji)(ji)術團隊(dui)上(shang)述研究主(zhu)要圍繞對傳統聚光太陽(yang)(yang)能熱利用技(ji)(ji)術(CST)進行創新展(zhan)開(kai)。

傳(chuan)統CST技術受到(dao)所(suo)使用的傳(chuan)熱流(liu)體的限制(zhi)。熔(rong)鹽或高溫(wen)導熱油等(deng)常見流(liu)體只能分別承受600℃和400℃的工(gong)作溫(wen)度。

然而，CSIRO太陽能技術團隊正在(zai)研究的(de)陶瓷顆粒可以承受超過1000℃的(de)溫度，是儲存(cun)大量熱量的(de)理想選擇。

在上述(shu)研究中，細如(ru)沙子的陶瓷顆(ke)粒不(bu)僅(jin)可以(yi)被用來吸(xi)收太(tai)陽的熱量(liang)，還可以(yi)儲存熱量(liang)，并能(neng)夠持續使(shi)用長達(da)15小時，從而簡化系統并降低(di)成本。

實際運行過(guo)程中，這些直徑不(bu)到半毫(hao)米的(de)微小深色陶瓷顆粒從吸熱塔頂的(de)料(liao)斗中掉落(luo)，并在下落(luo)過(guo)程中利用重(zhong)力(li)實現(xian)一定升溫，同時被聚(ju)光太(tai)陽能量加熱。這些粒子的(de)溫度可以(yi)快速(su)從500℃飆(biao)升到800℃，甚至(zhi)可通過(guo)相關設置(zhi)達到1000℃。

與傳統(tong)(tong)(tong)依賴管道輸送不同(tong)，該系統(tong)(tong)(tong)中的顆粒可(ke)以(yi)自由下(xia)落，這(zhe)避免了對(dui)相關系統(tong)(tong)(tong)鋼材料的熱限(xian)制。顆粒加熱后便被(bei)儲存在筒倉中，當需要時(shi)再被(bei)用來生(sheng)產(chan)用于發電(dian)或其(qi)他工(gong)業(ye)任務(wu)的蒸汽。

當粒子冷卻時會釋放出能量，可(ke)在需要(yao)時提供電力。即使在沒有陽光的情況(kuang)下（例如夜(ye)間(jian)或陰天(tian)）也可(ke)以(yi)使用。

據了(le)解，澳大利亞62%的燃煤(mei)發電站(zhan)預計將在2033年(nian)之前(qian)關(guan)閉。隨著燃煤(mei)電站(zhan)加速關(guan)閉，配置(zhi)陶瓷(ci)顆(ke)粒的CST技(ji)術可以幫助填補(bu)這一(yi)空白，并(bing)為可靠發電提供綠色替(ti)代方案。

圖：CSIRO位(wei)于紐(niu)卡斯(si)爾的聚光集(ji)熱(re)系統

CSIRO紐卡斯(si)爾試點系統擁有(you)400面反射(she)鏡(jing)，而一個大型(xing)商業化項目可能需(xu)要上萬面反射(she)鏡(jing)，其(qi)發(fa)(fa)電能力可與(yu)裝機100MW的燃煤發(fa)(fa)電站相當。

面臨的挑戰

雖然(ran)上述系統工藝流程成(cheng)功被(bei)驗(yan)證(zheng)，但開發(fa)過(guo)程也面臨著一(yi)些挑戰。

比如，粒子落得太快會(hui)散開，導致透光并降低效率。就此(ci)問題，研究人員目前采用“先抓后(hou)放”的方法來(lai)應對：即當粒子下落一(yi)小段距離(li)后(hou)，使(shi)其落入一(yi)個槽中(zhong)，從而(er)降低它們在落入下一(yi)個槽之前的速度。

研究(jiu)人(ren)員(yuan)Wes Stein表(biao)示(shi)：“挑戰不在于(yu)從(cong)太(tai)陽收(shou)集多少能量(liang)，而是如何(he)安全、高效地(di)將(jiang)能量(liang)轉化(hua)為熱量(liang)并將(jiang)其(qi)儲(chu)存起來，以供日后(hou)使(shi)用(yong)。CST技術的(de)(de)發電(dian)過程類似一個不使(shi)用(yong)煤的(de)(de)燃煤電(dian)站，它(ta)會使(shi)用(yong)相(xiang)同的(de)(de)渦(wo)輪機。典型的(de)(de)燃煤電(dian)站使(shi)用(yong)工作溫度(du)在540℃左右的(de)(de)蒸汽渦(wo)輪機，而我們的(de)(de)系統不使(shi)用(yong)煤來生產過熱蒸汽，而是從(cong)太(tai)陽中獲(huo)取能量(liang)并將(jiang)其(qi)儲(chu)存10-15小時。”

有望助力工業脫碳

據了(le)解(jie)，工業過程(cheng)熱能(neng)約(yue)占澳大(da)利亞能(neng)源使用和排放總量(liang)的(de)20%以上(shang)。科學家們普遍(bian)認(ren)為，澳大(da)利亞的(de)凈(jing)零轉型(xing)必(bi)須包括工業脫碳途(tu)徑。

鑒于新(xin)型下落陶(tao)瓷顆粒(li)CST技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)實現與煤炭和天(tian)然氣(qi)供能系(xi)統相(xiang)同的高溫下提供可(ke)再(zai)生熱量并持續(xu)數小時，研究人員Dominic Saal認為，新(xin)型下落陶(tao)瓷顆粒(li)技(ji)術(shu)將擴(kuo)大CST技(ji)術(shu)在澳(ao)大利亞工業脫碳過程中的作(zuo)用。

Dominic Saal同(tong)時建(jian)議政府發布(bu)相關政策來鼓勵行(xing)業先行(xing)者建(jian)立當地(di)供應鏈和專業知識，從而加快能源轉型，進而使澳大利亞工業領域可以用豐(feng)富且低(di)成本的太陽(yang)能資源來提高其(qi)生產(chan)力并提升(sheng)其(qi)在國內乃至(zhi)全球市場的競爭力。

據(ju)悉，澳大利(li)(li)亞太(tai)(tai)陽(yang)能熱(re)利(li)(li)用(yong)最(zui)高研究(jiu)(jiu)機構——澳大利(li)(li)亞太(tai)(tai)陽(yang)能熱(re)研究(jiu)(jiu)所(suo)(ASTRI)目(mu)前正在與(yu)寵物(wu)食(shi)品制造商Mars開展聚光(guang)太(tai)(tai)陽(yang)能熱(re)利(li)(li)用(yong)技術(shu)相關(guan)研究(jiu)(jiu)，后(hou)者在Albury Wodonga擁有一(yi)家寵物(wu)食(shi)品加工廠，每年所(suo)消耗(hao)超過140太(tai)(tai)焦(jiao)耳的能量(liang)主要由天然氣(qi)提供。

目前，Mars正(zheng)在評估安裝聚光太陽能(neng)熱利用技術系(xi)統(tong)為其寵物食品制造過程提供可再生蒸(zheng)汽(qi)的(de)可能(neng)性(xing)，而這將有可能(neng)取(qu)代(dai)其高(gao)達50%的(de)天然氣使(shi)用量(liang)。

背景資料：

CSIRO并非(fei)唯一(yi)研究陶瓷顆粒(li)儲熱(re)與(yu)光熱(re)發(fa)電技術結合的機(ji)構。美國能源部自(zi)2015年以(yi)來一(yi)直在測試加熱(re)下落陶瓷顆粒(li)，并于(yu)今年2月(yue)在新墨西哥州開建一(yi)座(zuo)兆瓦級的下落顆粒(li)設施，該設施預計將于(yu)2024年竣(jun)工。

“下一代（聚光太(tai)陽(yang)能(neng)）有可能(neng)改變游戲(xi)規則，”美國能(neng)源部負責(ze)能(neng)源效(xiao)率和(he)可再生(sheng)能(neng)源的代理助理部長(chang)Alejandro Moreno表示(shi)(shi)，“該試點設(she)施將展示(shi)(shi)CSP系統(tong)如何應對實現長(chang)期儲能(neng)的挑(tiao)戰(zhan)，同時降低太(tai)陽(yang)能(neng)熱發電(dian)技術的成本和(he)復雜性。”

此外，雖然(ran)陶瓷顆粒展示出其(qi)作為(wei)儲(chu)熱介(jie)質的良好(hao)應用前景(jing)，但(dan)其(qi)并不(bu)一定是光熱發(fa)電(dian)系統最有(you)效的存(cun)儲(chu)介(jie)質，目(mu)前在(zai)該領(ling)域全(quan)球(qiu)范圍內的相關(guan)研發(fa)機構也在(zai)探索使用巖石、沙子和(he)其(qi)他材料(liao)。

而(er)最(zui)終誰(shui)能夠(gou)勝出，或將(jiang)(jiang)由(you)哪(na)種材料工(gong)作溫度更高、儲存(cun)熱量的時間越長來(lai)決(jue)定，屆(jie)時光熱發電系統將(jiang)(jiang)有望徹(che)底解決(jue)波動性問題，人類社會(hui)也(ye)將(jiang)(jiang)迎(ying)來(lai)一個完(wan)全由(you)清潔能源(yuan)供電的未(wei)來(lai)。