橄榄石有望成为新一代光热发电系统高温颗粒传储热介质
发布者:admin | 来源:CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 1103查看 | 2020-09-23 19:21:58    

CSPPLAZA光热发电网讯:按照计划,由欧盟“Horizon 2020”研究及创新计划支持的“Next-CSP”(下一代太阳能热发电)项目即将于2020年9月31日结题。该项目共为期48个月,旨在开发出基于高温颗粒作为传热流体和储热介质的新技术,从而提高聚光太阳能热发电系统的性能和可靠性。


来自法国国家科学研究中心(CNRS)的项目协调员Gilles Flamant表示,我们目前已经成功证明固体颗粒可以替代液体介质用于光热发电系统来进行太阳热能的收集和储存,并且具有更好的成本效益。相关条件具备之后,我们预计采用固体流态化颗粒作为传储热介质的光热发电系统的理论发电效率将比目前最先进的熔盐塔式光热电站高出约20%,同时该设计还可以将发电成本降低约25%,并显著降低存储介质的成本。


目前最先进的集中太阳能热发电站一般使用中央接收器,在传热和存储介质方面有多种选择,但每一种介质都有特定的限制条件和应用特点。拿目前常被用于传储热介质的熔盐来说,它的化学稳定性使其工作上限温度一般在565℃左右,进而也将系统的热电转换效率限制在42%左右。


而NEXT-CSP项目的核心就是要采用创新型的流态化的耐火颗粒来作为传储热介质,以将系统工作温度提升到750℃甚至更高,进而显著提升光热发电系统的效率。


据了解,NEXT-CSP项目最终选择用橄榄石——一种天然的镁硅酸盐(地球上最常见的矿物之一)来制造传热固体颗粒。虽然原料获取并不难,但要充分利用好这种颗粒需要在技术方面进行一些重大创新,比如要开发出匹配的太阳能吸热器技术以及由多达1300多根钢管组成的新型高温换热器(压缩空气将在管子内流动以实现换热),此外还要实现更加先进的联合循环。在此基础上,NEXT-CSP技术再将太阳能吸热器、蓄热罐、热交换器、燃气轮机和冷料罐集成在塔式聚光发电系统中。


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图:试验系统


据Gilles Flamant介绍,冷料罐中的低温固体颗粒在吸热塔顶的多管吸热器中被反射的太阳光加热之后进入蓄热罐并将热量储存起来,等需要热量的时候,在高温换热器中固体颗粒可以将热量传递给压缩空气,高温压缩空气进而可以为涡轮机提供动力。为了克服塔顶空间有限和重量限制等相关挑战,所有组件均在法国Thémis 5MW塔式试验平台上进行了安装和验证。


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图:法国Thémis塔式试验平台


对于未来装机规模或可达到150MW的商业化规模的项目,科学家们则提出了多塔的概念,旨在将光热发电系统的整体循环效率从42%提升至48.8%。系统可以作为一个太阳能调峰电厂来运行,将白天收集的热量储存起来,再在用电成本最高的高峰时段输出电能。


整体研究结果表明,采用固体流态化颗粒取代现阶段常用的熔盐作为光热发电系统的传储热介质具备较好的市场应用潜力。目前NEXT-CSP创新技术已获得全球专利,商业化应用有望在十年内开始,届时将可为消费者提供清洁安全的太阳能和比蓄电池更加绿色的储热技术,并有效提升光热发电行业的竞争优势。

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