太阳能热发电储热技术的路径选择
发布者：本网记者Crystal Jason | 来源：CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 8253查看 | 2013-02-02 13:34:00
CSPPLAZA光热发电网报道：NREL和美国光热发电产业联盟此前发布了储热对光热发电的价值的相关研究报告，以表明储热对光热电站的意义重大，这一点已经得到业内的广泛认同，储热可以帮助光热发电实现可持续稳定发电，并降低光热发电的LCOE，使光热发电有望成为与传统火电相抗衡的基荷能源。但问题是，未来的光热电站应该配置何种类型的储热系统呢？答案目前还比较难以确定。
图：Gemasolar 电站的巨型熔盐罐
当前应用较多、较成熟的储热技术当推熔盐储热。同时，多种不同类型的储热技术正处于研发和小型化示范阶段，其目标均是为了降低成本，提高光热发电的运行性能。如包括蒸汽储热、混凝土储热、温跃层或其他化学物质储热等多种技术路线。美国能源部先进能源研发署(ARPA-E)通过“高能先进储热项目(HEATS)”的实施专注于储热技术的创新型研发应用，意图开发出革命性的低成本储热技术。同时，全球致力于光热发电技术研发的各大企业、科研院所，也有不少在专注于储热技术的创新性研发。
1995年，世界上首个塔式熔盐储热电站Solar2在Solar One的基础上改建完成，虽然Solar2在2009年再度改建，但其成功地验证了在塔式光热发电系统中使用熔盐储热以进行持续发电的技术可行性。在此基础上，西班牙20MW的Gemasolar光热电站成功进行了熔盐传热储热技术的大规模商业化应用，实现了24小时可持续发电。
目前，美国SolarReserve公司作为塔式熔盐传热储热技术的坚定支持者，正在建设110MW的新月沙丘光热电站，其将配置11小时的储热系统，有望在理想天气环境下实现24小时可持续供电。与目前已经投运的Gemasolar光热电站的技术路线大致一样。
西班牙阿本戈公司于2007年建成了世界上第一座商业化塔式电站——11MW的PS10电站，该电站采用的储热装置为高压蒸汽，储存热量可供电站运行一个小时。在南非此前开标的50MW的Khi Solar One塔式电站中，阿本戈负责开发，同样将采用高压蒸汽储热，以实现3小时的储热量。另外，阿本戈目前正在建设的美国280MW的Solana槽式电站和南非100MW的Kaxu Solar One槽式电站均将配置储热系统。
美国BrightSource公司正在建设的Ivanpah光热电站则为DSG电站，没有配置储热系统，但该公司宣称将在未来开发带储热的塔式电站。BrightSource的储热技术同样使用熔盐作为储热介质。但该公司因坚持走DSG路线，则需通过过热蒸汽与熔盐进行二次换热以达到储热目的。业内对其走的这种储热路线褒贬不一，BrightSource尚需要实际项目验证其技术和经济可行性。
其他的储热技术也在开发之中，如澳大利亚3MW的Lake Cargelligo示范项目，采用高纯度石墨传热储热，更具特点的是，其将这种石墨制成的热量接收器和蒸汽发生器、储热系统融为一体，虽然降低了系统的投资成本，实际运行效果却并不理想，但其依然是对塔式储热系统的有益验证。
世界上首个商业化槽式光热电站SEGS I光热电站采用的双罐储热最开始以一种矿物油为储热介质，同时也为传热介质。但该储热系统在1999年遭火灾破坏后即未能修复。此后其将储热系统废弃，换用当前常用的导热油作为传热介质。
储热技术的应用伴随着光热发电产业的发展而发展，从历史的发展来看，储热系统的应用经历了诸多坎坷，曾发生过熔盐储热罐整体凝固而报废的极端事故。每种技术都有一些缺陷，我们当前或许还未能找到一种完美的储热解决方案。但可以确定的是，采用储热技术是光热发电可以与其他可再生能源抗衡的一大优势。因此，我们仍需坚持储热技术的研发和应用。
总的来看，在槽式电站中，应用最多的即熔盐双罐储热。目前对革新路线获认同较多的是将熔盐作为传热储热介质应用于槽式电站，以提高槽式电站的运行温度，降低系统投资。ENEL在意大利建设的Archimede电站对此进行了示范。 未来，应有更多此种类型的槽式电站得以建设。
塔式电站的储热技术路线也存在争议，目前还有待如BrightSource等开发商的储热型电站投运，我们才可以据此推算究竟哪种塔式储热技术更具经济效益和应用价值。
菲涅尔电站的储热路线更难确定，阿海珐太阳能此前已经和桑迪亚实验室合作示范了一个菲涅尔的储热系统回路，采用熔盐作传热和储热介质。由于菲涅尔电站多采用水工质方案，对其储热系统的开发可能会面临更多困难。
虽然我们一致认同储热的价值，但储热的经济性到底如何，目前还很难得到确切的数据。大多数公司对此都拒绝公开其实际数据，以至于我们无法测算储热系统在其整个生命周期内的实际投资成本和其对光热电站带来的经济效益。虽然某些研究报告中对此也做过一些理论上的推算，但其与实际项目中存在多少偏差还有待验证。
熔盐储热（因传热介质不同又可分多种类型）、高压蒸汽储热、混凝土储热、石墨储热等等多种类型的储热方式尚在进一步发展之中。未来，更多的储热技术在实际电站中有了实际应用之后，我们才可以拿到更多的对比数据来考量，究竟哪种储热方式更具运行效率和成本效益。
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