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創新性儲熱技術削減光熱發電儲熱成本
發布者：本網記者Crystal | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 1評論 | 10599查看 | 2014-06-01 12:36:00    
　　CSPPLAZA光熱發電網報道：當前，光熱發電配置的常見的熔鹽儲熱系統的成本約為30美元/kWh，約占電站總投資額的15%~20%。業內依舊希望進一步降低其成本，那么，進一步降低儲熱系統的投資成本的途徑有哪些呢？

　　光熱發電類似于傳統火電的發電原理，但其并不燃燒煤炭天然氣等化石能源，其能源源自太陽輻照，配置儲熱系統可以幫助光熱發電實現穩定可持續可調電力的生產。一般來看，儲熱系統的投資約占一個光熱電站總投資的1/5左右。

　　美國明尼蘇達州的Terrafore Technologies公司創始人兼首席技術官Anoop Mathur表示，他們設計了一個巧妙的方案來降低儲熱的成本。

　　“SunShot計劃的目標是到2022年達到15美元/kWh的儲熱成本，我們現在已經可以將其降低至16美元，接近這一目標。”Mathur表示。他是美國能源部先進能源研究計劃署(ARPA-E)的獲資助者之一，在太陽能和新材料研究方面擁有40年的工作經驗。

相變儲熱

　　Mathur設計的是一種單罐儲熱系統，材料為一種相變無機鹽混合物，他們宣稱這種系統單個單元的儲熱能力比目前常見的雙罐儲熱系統高50%。

　　他的公司突破了相關的技術屏障，使高溫儲熱系統更具成本經濟效益，更加實用。其將各種擁有不同熔點的無機鹽混合后放入一種多孔微型囊體中，再將其置于單罐儲熱罐中。

　　這些藥丸大小的微型囊體通過分層，低熔點的熔鹽將自動沉降至罐體底部，高熔點熔鹽則位于上部，從而實現各種無機鹽材料在罐體內部的逐級層疊。實際運行中，熱流體從集熱塔頂部流向儲熱罐，高熔點熔鹽的囊體在上部先與高溫傳熱介質換熱，傳熱介質換熱后再進入儲熱罐下部與低熔點熔鹽再次換熱，實現較高的換熱效率。

　　Mathur稱，可以將多種不同熔點的無機鹽進行層疊，目前他發現的最好的方案是三種材料的層疊。“采用三種無機鹽，能量密度可以增加52%，如果采用更多種類的無機鹽，我們最多可以增加55%。”他解釋稱，“但從經濟性考慮，目前其選用的三種材料是最好的選擇。”

　　如果要將儲熱罐中的熱量輸出以供發電，則工質的換熱方向是相反的。這是一種最高效的單罐儲熱方案。

前沿的技術

　　“Terrafore公司的技術是尖端的、低成本的新型儲熱技術”。在5月份Anaheim舉辦的SunShot論壇上，相關技術同行對此如是評價道。

　　Mathur表示，很多研究人員一直在嘗試通過無機鹽的相變儲熱來提高儲熱的能量密度，他提出的解決方案是對無機鹽進行封裝。

　　但被封裝后的無機鹽讓其在較高的溫度下安全融化并不容易，因為無機鹽在受熱時將膨脹，Terrafore的方案是用一種由特殊粘土制成的殼體包裹這些無機鹽，并在其中預留膨脹的空間。“同時，將一種金屬涂層沉積在這種粘土中，使這種囊體更為堅固。”Mathur表示。這種金屬是鎳，因為其可以采用低溫化學蒸汽沉積的方式嵌入，其在實用中可以承受很高的運行溫度。

囊體預留空隙是關鍵

　　我們采用的是一種新的“犧牲式”的做法來制造這些囊體，他解釋稱，首先我們制造殼體，利用一種可以在高溫下分解為氣體的高分子聚合物，將其嵌入其中，然后加熱，這種高分子聚合物受熱后成為氣體逃逸，從而制造出一些孔隙，來滿足熔鹽高溫膨脹后的空間需求。

　　Mathur指出，制造這些孔隙是很關鍵的，其可以讓儲熱罐保持安全穩定，增加換熱空間。“我在70年代就開始研究相變儲熱材料，很多公司對此也進行了深入研究但都遇到了一些關鍵問題。”

　　其中一個問題是當要釋放所存儲的熱量時，熔鹽放熱后可能會凝固在換熱器管壁上，研究人員不得不嘗試采用噴掃等方式清理，十分麻煩。Mathur的方案是隔絕熔鹽，將其置于單獨的囊體中，保證熔鹽不會因為換熱出現凝固附著于換熱器上的現象。

　　他的這種囊體設計已經在風化環境下經過了5000個循環的實驗，預計能夠經受超過1萬個循環的測試。但要進行更貼近實際的規模化實驗還需要投入300萬美元。他的公司現在可以生產數億的這種10毫米囊體，這種生產類似于制藥工業中的膠囊制造流程，可以采用同樣的設備制造，因此不需新型的生產設備投資。

混凝土儲熱創新

　　另外一種創新方案來自于挪威NEST能源公司的混凝土儲熱方案，其正在與Masdar理工學院合作建設一個1MWh的儲熱示范項目。Terrafore將塔式熔鹽技術作為其目標市場，而NEST的混凝土儲熱方案則適用于采用導熱油工質或DSG技術的槽式或菲涅爾光熱電站。

　　NEST銷售副總裁Jarl Pedersen表示，“我們可以為槽式系統提供低成本的儲熱方案，槽式技術目前仍是最具融資可行性的技術。我們的技術相對熔鹽儲熱技術在成本上更加低廉。”

　　NEST能源公司CEO ?ivind Resch也曾表示，“在今天的可再生能源行業背景下，光熱發電配儲熱系統是十分重要的，NEST能源公司的儲熱技術有很大的商業化應用潛力，我們期待Masdar示范項目的建設能為我們的技術應用帶來進步。”
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2014-07-05 14:06:29
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