CSPPLAZA光热发电网讯：据外媒消息，澳大利亚联邦科学与工业研究组织CSIRO近日宣布，作为利用“下落陶瓷颗粒”来捕获和储存太阳能研究项目的一部分，其位于新南威尔士州纽卡斯尔的聚光太阳能研究取得了新突破。

具体而言，由Jin-Soo Kim领导的太阳能技术团队最近采用全新概念，在下落粒子接收器中首次实现了803℃的关键里程碑温度。

Jin-Soo Kim表示，“这一突破意义重大，因为它可与我们的专利换热器相结合，进而使更大规模的可再生能源储存成为了可能。这项技术是大规模提供低成本可再生能源以实现澳大利亚重工业脱碳的关键。”

可承受超1000℃高温

据悉，CSIRO太阳能技术团队上述研究主要围绕对传统聚光太阳能热利用技术(CST)进行创新展开。

传统CST技术受到所使用的传热流体的限制。熔盐或高温导热油等常见流体只能分别承受600℃和400℃的工作温度。

然而，CSIRO太阳能技术团队正在研究的陶瓷颗粒可以承受超过1000℃的温度，是储存大量热量的理想选择。

在上述研究中，细如沙子的陶瓷颗粒不仅可以被用来吸收太阳的热量，还可以储存热量，并能够持续使用长达15小时，从而简化系统并降低成本。

实际运行过程中，这些直径不到半毫米的微小深色陶瓷颗粒从吸热塔顶的料斗中掉落，并在下落过程中利用重力实现一定升温，同时被聚光太阳能量加热。这些粒子的温度可以快速从500℃飙升到800℃，甚至可通过相关设置达到1000℃。

与传统依赖管道输送不同，该系统中的颗粒可以自由下落，这避免了对相关系统钢材料的热限制。颗粒加热后便被储存在筒仓中，当需要时再被用来生产用于发电或其他工业任务的蒸汽。

当粒子冷却时会释放出能量，可在需要时提供电力。即使在没有阳光的情况下（例如夜间或阴天）也可以使用。

据了解，澳大利亚62%的燃煤发电站预计将在2033年之前关闭。随着燃煤电站加速关闭，配置陶瓷颗粒的CST技术可以帮助填补这一空白，并为可靠发电提供绿色替代方案。

图：CSIRO位于纽卡斯尔的聚光集热系统

CSIRO纽卡斯尔试点系统拥有400面反射镜，而一个大型商业化项目可能需要上万面反射镜，其发电能力可与装机100MW的燃煤发电站相当。

面临的挑战

虽然上述系统工艺流程成功被验证，但开发过程也面临着一些挑战。

比如，粒子落得太快会散开，导致透光并降低效率。就此问题，研究人员目前采用“先抓后放”的方法来应对：即当粒子下落一小段距离后，使其落入一个槽中，从而降低它们在落入下一个槽之前的速度。

研究人员Wes Stein表示：“挑战不在于从太阳收集多少能量，而是如何安全、高效地将能量转化为热量并将其储存起来，以供日后使用。CST技术的发电过程类似一个不使用煤的燃煤电站，它会使用相同的涡轮机。典型的燃煤电站使用工作温度在540℃左右的蒸汽涡轮机，而我们的系统不使用煤来生产过热蒸汽，而是从太阳中获取能量并将其储存10-15小时。”

有望助力工业脱碳

据了解，工业过程热能约占澳大利亚能源使用和排放总量的20%以上。科学家们普遍认为，澳大利亚的净零转型必须包括工业脱碳途径。

鉴于新型下落陶瓷颗粒CST技术可以实现与煤炭和天然气供能系统相同的高温下提供可再生热量并持续数小时，研究人员Dominic Saal认为，新型下落陶瓷颗粒技术将扩大CST技术在澳大利亚工业脱碳过程中的作用。

Dominic Saal同时建议政府发布相关政策来鼓励行业先行者建立当地供应链和专业知识，从而加快能源转型，进而使澳大利亚工业领域可以用丰富且低成本的太阳能资源来提高其生产力并提升其在国内乃至全球市场的竞争力。

据悉，澳大利亚太阳能热利用最高研究机构——澳大利亚太阳能热研究所(ASTRI)目前正在与宠物食品制造商Mars开展聚光太阳能热利用技术相关研究，后者在Albury Wodonga拥有一家宠物食品加工厂，每年所消耗超过140太焦耳的能量主要由天然气提供。

目前，Mars正在评估安装聚光太阳能热利用技术系统为其宠物食品制造过程提供可再生蒸汽的可能性，而这将有可能取代其高达50%的天然气使用量。

背景资料：

CSIRO并非唯一研究陶瓷颗粒储热与光热发电技术结合的机构。美国能源部自2015年以来一直在测试加热下落陶瓷颗粒，并于今年2月在新墨西哥州开建一座兆瓦级的下落颗粒设施，该设施预计将于2024年竣工。

“下一代（聚光太阳能）有可能改变游戏规则，”美国能源部负责能源效率和可再生能源的代理助理部长Alejandro Moreno表示，“该试点设施将展示CSP系统如何应对实现长期储能的挑战，同时降低太阳能热发电技术的成本和复杂性。”

此外，虽然陶瓷颗粒展示出其作为储热介质的良好应用前景，但其并不一定是光热发电系统最有效的存储介质，目前在该领域全球范围内的相关研发机构也在探索使用岩石、沙子和其他材料。

而最终谁能够胜出，或将由哪种材料工作温度更高、储存热量的时间越长来决定，届时光热发电系统将有望彻底解决波动性问题，人类社会也将迎来一个完全由清洁能源供电的未来。