最新研究表明:光伏与熔盐储能相结合可解决高能耗地区能源需求问题
发布者:admin | 来源:电气传播 | 0评论 | 1857查看 | 2021-01-28 20:37:32    

以色列和法国科学家最近的研究表明,将超大规模的光伏与熔盐储槽连接起来,对于高能耗地区来说是一种可行的能源技术解决方案。


在《可再生和可持续能源评论》(Renewable and Sustainable Energy Reviews)上发表的一项研究中,利用光伏和熔盐储存提供大规模电力需求,研究人员提出了一个模型,在太阳直射光束辐射低、全球太阳辐射水平高的地区,将公用设施规模的太阳能发电与高温熔盐储存相结合。


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学者们提出的光伏加蓄热(PV-TS)解决方案,由于光伏技术提供了“非常有利的经济性”,被称为“准备立即实施”,代表了CSP熔盐塔的替代品,在CSP技术被认为不可行的地区,因为集中器不能利用漫射的太阳辐射。学者们解释说:“这里的目标不是针对具体地点的精确答案,而是要看看光伏系统规模、存储容量、电网渗透水平和成本估算的大小是否可行。”


在PV-TS装置中,所产生的太阳能的相当一部分将被用来对熔盐储热器进行电阻加热,使其温度超过565摄氏度,而储存的热能又将被用来驱动高效的过热汽轮机发电。


以色列-法国小组进行的模拟显示,在某些地区,光伏发电的电网穿透率可以从不使用蓄热时的30%左右提高到仅使用12小时蓄热时的80%左右。该组织进一步解释说:“此外,只要增加25%的太阳能投入,就可以实现90%的电网普及率。对于日照较高的地区,比例可以保持在90%左右,额外25%的太阳能输入可以将电网穿透率提高到95%左右。”


在此类项目中,光伏发电厂的规模不应定为需要满足特定白天高峰需求的公共设施,大部分发电应用于熔盐罐中的蓄热。研究人员指出:“储存的热量不仅能满足夜间的电力需求,而且能满足白天次高峰日照时段的电力需求。”研究人员还补充说,平均约0.64km2的土地面积对于一个太瓦时的年发电量是必要的。


根据他们的说法,研究中提出的“非常规”解决方案也可能与屋顶光伏阵列和已经在一些国家退役的化石燃料和核电站中运行的大型汽轮机相结合。


研究结果仅涉及美国领土,但可以扩展到气候条件和公用事业需求概况相似的所有地区。论文指出:“对于平均日照比美国高的地区——其中一些地区的电力需求状况恰好与太阳能利用率有更好的关联——每千瓦时用电量的光伏和存储需求将更低。此外,向全电动汽车的过渡可能会增加白天电力需求的比例,因为白天大部分的电动汽车都会进行充电。”


俄罗斯、前苏维埃共和国、日本、北亚和中北欧与美国一起被指出是最适合部署PV-TS项目的地区。


该研究团队由以色列本古里安内盖夫大学、法国艾克斯马赛大学和法国国家太阳能聚光系统研发实验室Promes的科学家组成。


什么是熔盐储能技术?


尽管太阳能技术得到了广泛使用,但它们却受到大多数可再生技术的限制:由于天气变化,其运行状况无法预测。但是,利用熔融盐的高效特性进行热传递,一种技术可以将电力生产与天气波动隔离开来,更重要的是,它可以根据需要分配电力而无需使用天然气。这项技术是一种集中式太阳能(CSP)技术,围绕专有的中央接收塔和熔融盐回路而构建。


熔盐储能使用盐作为热能存储介质。液态盐被泵送通过面板或电加热器,在将其加热到储热罐或蒸汽发生器之前,先将其加热到570°C。在这里,它产生过热的蒸汽来驱动涡轮。液态盐保存在绝缘的储罐中,可以在其中调节体积,以提供每种应用和位置所需的存储容量。它是存储可再生能源的可靠选择,并且是对现有基础架构和系统的灵活,经济高效的补充。


蓄热被认为是可再生能源运动的未来,因为与许多间歇性可再生资源(例如风能)不同,蓄热提供了具有稳定容量和可调度性的“零排放”技术。蓄热系统提供了一个额外的好处:允许对工厂进行设计以优化电力负荷曲线,以满足特定的市场需求。例如,可以设计一个工厂以在需求高峰期最大化发电量,或者在太阳下山后继续发电。


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图1显示了如何利用蓄热系统将电力生产“转移”到需求高峰期。当太阳开始发光时会收集太阳能,但是大约在6小时后会发电,以便在需求高峰期发电。红线表示直接的太阳辐射,蓝线表示未保存的生产曲线,蓝点虚线表示已保存6小时的生产曲线。


技术说明


蓄热技术采用太阳能“电力塔”设计,该技术通过将能量集中在安装在塔上的中央热交换器或接收器上,从日光中发电。


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如上图所示,一个称为定日镜的太阳跟踪镜用于将太阳辐射反射并聚集到接收器上(步骤1)。在Solar Reserve的太阳能二号设施,熔融盐通过接收器中的管道循环,收集从太阳收集的能量(步骤2)。然后将热的熔融盐输送到隔热的热储罐,在其中可以以最小的能量损失存储能量(步骤3)。当要发电时,热的熔融盐被送至热交换器(或蒸汽发生器),并用于产生高温高压的蒸汽。然后,将蒸汽用于为常规蒸汽轮机提供动力,以发电(步骤4)。离开蒸汽发生器后,将熔融盐送入冷盐储热罐(步骤5)并重复该循环。


该盐是硝酸钠和硝酸钾的混合物,熔点为460°F。在液态下,熔融盐的粘度和外观类似于水。“在太阳能应用中,出于多种实际原因使用熔融盐,”SolarReserve首席执行官Terry Murphy说,他与其他人一起帮助Rocketdyne开发了熔融盐技术。熔融盐是一种储热介质,可以随着时间的推移非常有效地保留热能,并且可以在高于1000°F的温度下运行,与最高效的蒸汽轮机非常匹配。其次,它在工厂的整个运行过程中保持液态,这将改善长期可靠性并降低运维成本。第三,它是完全“绿色”的熔融盐,是一种无毒,易于获得的材料,


熔融盐中央接收器技术的主要优点是可以将熔融盐加热到1050°F,从而可以在公用事业标准温度(最低1650 psi,1025°F)下生成高能蒸汽,从而实现高热力循环效率在现代蒸汽轮机系统中约占40%。在保持这种高循环效率的同时,还允许使用干式冷却塔,这在具有最佳太阳能潜力的干旱国家中很重要。通过接收器的熔融盐传热回路与主蒸汽温度和压力隔离,从而通过使用低压盐管道节省了成本。最后,该系统的设计目的是将熔融盐回路的长度最小化到小于2500英尺,并对其进行热跟踪以防止“冻结”。


已经确定了使用熔融盐的蓄热系统可与其他太阳能技术一起使用,例如抛物线槽系统,这是迄今为止安装的主要太阳能热技术。槽式工厂将需要一个附加的热交换器,以将能量从工作流体传递到存储装置,并将存储的能量传递回蒸汽系统。据估计,槽式设备所需的附加热交换器导致循环效率损失高达7%。另外,槽式设备只能达到700°F的高温工作流体温度,因此,作为集成式蓄热系统(蓄能温度为1050°F),需要大约3倍的蓄热量才能产生给定的电量。

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