引领全球变革趋势 新一代光热发电技术试验平台应运而生
发布者:xylona | 来源:高晟光热研究院 | 0评论 | 929查看 | 2023-05-30 11:08:58    

5月29日,在位于浙江省湖州市吴兴区的浙江高晟光热发电技术研究院有限公司(简称“高晟研究院”)新技术实验室,新一代光热发电技术试验平台经过调试投入使用。


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图:固体颗粒吸储热全流程验证平台


随着兼具调峰电源和储能双重功能的优势逐渐受到关注,在政策加持下,光热发电正迎来新的发展机遇。作为新一代光热发电吸储热技术的颗粒吸储热技术,是光热发电未来发展的重要方向,而新一代光热发电技术试验平台将在试验测试与优化中,助推该技术的快速发展。


推进新一代光热发电核心技术发展


在碳达峰、碳中和目标及能源安全战略的引领下,我国正在加快构建以新能源为主体的新型电力系统,但由于风电、光伏等新能源与生俱来的随机性、波动性和不可控等缺陷,电力系统面临安全、稳定和调节能力等方面的挑战。为此,光热发电因自带大规模且高效的储能系统,出力稳定可调,调节响应速度快,成为一种理想的调峰电源,在能源转型中具有广泛的应用前景。


目前,光热发电采用的主流吸储热介质为二元熔盐,二元熔盐吸储热系统投资成本较高,且吸储热温度被限制在565℃,导致后端配套的朗肯循环发电效率小于45%,因此基于熔盐储能的光热发电度电成本仍旧偏高。高晟研究院院长金建祥表示,“为进一步提高塔式光热发电效率,降低光热电站的度电成本,急需开发一种更高温度且廉价的吸、储热技术。”


据项目负责人介绍,固体颗粒吸热温度高(可达1000℃),无腐蚀性,吸储换热设备无需采用高性能合金材料,价格低廉,是第三代光热发电吸储热技术的主要发展方向之一。不过,颗粒吸储热技术尚处于试验研究阶段,关键设备与关键技术在工程应用上的可行性有待验证,需要通过开展立项研究筛选关键设备最优技术路线,开发关键设备测试样机并进行试验优化,提高关键设备性能参数,研究关键参数和关键工艺,掌握基于颗粒吸储热技术的第三代塔式光热发电的核心技术。由此,新一代光热发电技术试验平台应运而生。


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图:陶瓷颗粒


通过搭建超高温颗粒吸储热试验验证平台,新一代光热发电技术试验平台将完成颗粒吸热器、换热器、提升机及阀门等关键设备的试验测试与优化,掌握新一代光热发电颗粒吸、储热系统的关键工艺,实现吸热、储换热温度目标为700-800℃及大规模超高温系统工程化工艺。同时,该平台还结合超临界二氧化碳发电系统,以光热发电系统效率提升30%、成本降低10%为目标,推进我国第三代光热发电核心技术发展。


“颗粒吸储热技术可降低光热电站投资成本,并提高吸储热温度,因此有望成为第三代光热发电主流技术。”高晟研究院相关负责人指出,通过新一代光热发电技术试验平台的研究,可以筛选出具有商业化应用潜力的颗粒关键设备和关键技术,打通并验证颗粒吸储热系统关键设备、关键参数与关键工艺,掌握基于颗粒吸储热技术的第三代塔式光热发电核心技术。


角逐新一轮全球技术“竞跑”


作为光伏发电未来发展的方向,目前,颗粒吸储热技术在全球备受关注。美国能源部在2017~2021年近4年时间内针对固体颗粒、高温熔盐和气体吸热三种技术路线进行论证分析,最终在2021年3月选择固体颗粒作为第三代光热技术路线,并提供2500万美元资金支持SNL开展颗粒试验。德国DLR的HiFlex(用于柔性能源系统的高存储密度光热发电)项目是全球首个采用固体颗粒技术的预商业化光热系统,获得了欧盟“地平线2020研究与创新框架计划”1350万欧元的支持。法国CNRS的Next-CSP项目搭建了4MWt的颗粒光热发电试验平台,正在开展150MW规模电站的设计预研工作。


据悉,颗粒储能型光热电站的关键设备包括吸热器、换热器、储罐及提升机等,各个环节的研究都已在全球展开“角逐”。例如,在颗粒吸热器方面,目前中国、美国、法国、德国、沙特阿拉伯、澳大利亚等多个国家的研究机构都在积极开展各自技术路线的MW级热态试验;换热器和储罐领域也吸引了美国、欧盟和沙特诸多研究机构的持续研究突破。


在高晟研究院相关负责人看来,掌握颗粒技术的关键设备及系统集成方法,将有望在下一代低成本光热发电技术中建立技术壁垒,从而在与其他光热发电技术乃至其他新型储能技术的竞争中占据有利地位。


为在新一轮的光热发电技术国际竞争中实现领跑,新一代光热发电技术试验平台在先进性方面做了诸多努力,例如采用了太阳模拟器对自然光进行模拟,以克服太阳辐射受时间和气候的影响。据相关负责人介绍,“太阳模拟器规模为200kWe,由20盏10kWe的大功率氙灯组成,是目前国内、外民用领域最大的聚光式太阳模拟器之一。”


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图:大功率聚光式太阳模拟器


此外,该平台还搭建了由高晟研究院自主开发的颗粒吸热器、超高温颗粒储罐、PCHE型颗粒换热器等设备组成的全流程验证平台,采用陶瓷颗粒作为吸储热介质,吸储热温度可达750℃,关键性能指标可媲美美国桑迪亚实验室、法国国家科学研究中心、德国宇航中心等国际研究机构搭建的颗粒实验平台。

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