沙子工质流化床原理的塔式光热发电技术
发布者：本网记者shixinchen | 来源：CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 11090查看 | 2014-04-13 15:14:00
CSPPLAZA光热发电网报道：意大利的一个合作团队最近对沙子作为光热发电传热和储热介质的光热发电技术进行了研究，其为此建立了一个100kWth的示范项目进行试验，那么，这到底是一种什么样的技术呢？这项目技术的商业化潜力又如何呢？
阿联酋马斯达尔理工学院 (Masdar Institute）和美国太阳能控股公司（US Solar Holdings）对沙子储热技术的研究此前已经有所报道，意大利的此项研究是第三个类似的项目。该项目是Magaldi Industrial集团和那不勒斯大学、意大利国家研究委员会的合作研发项目。
该项目的核心技术是STEM，即Solar Thermoelectric Magaldi的简写，这是一种基于空气/沙子流化床的太阳能蒸汽发生技术，其可以提供太阳能的采集、传热和储热功能。流化床锅炉在传统发电和热利用领域应用广泛，可使燃料在“流化”状态下火的充分燃烧。
Magaldi Industrial集团牵头该项目的运作，项目的研发工作由Magaldi研究团队与那不勒斯大学、意大利国家研究委员会共同执行。
流化床
当固体颗粒中有空气流体通过时，随着流体速度逐渐增大，固体颗粒开始运动，且固体颗粒之间的摩擦力也越来越大，当流速达到一定值时，固体颗粒之间的摩擦力与它们的重力相等，每个颗粒可以自由运动，所有固体颗粒表现出类似流体状态的现象，这种现象称为流态化。采用沙子作为流化床工质，可以使沙子充分吸收热量。
作为该项目的科技总监，Gennaro de Michele表示，“该项目在已有四年的研发工作基础上展开，目标是选择最优化的技术，最具发展潜力的材料来用于流化床工质，同时来定义工艺流程，优化光学系统和太阳能吸热器的性能。
“STEM项目的目标是开发出一种低成本的、简单的、灵活的光热发电技术，这种技术不需要采用任何污染性的流体。”Michele表示。
“流化床工质作为一种流体有很多流体的特性，其有较高的热扩散系数和较高的传热系数，作为一种固体又有很高的热容量。”
试验设施
Michele表示，该项研究的一个关键成果是开发出了一套适用于预开发电站使用的动态模型，这为在意大利南部小镇Buccino的Magaldi工厂建设的100kWth光热发电示范项目奠定了设计基础。该项目目前已经建成。
图：STEM也采用二次反射原理
图：100kWth的STEM试验项目
“理论和实验研究将在这个100kW的示范电站上进行，该示范项目的目的是实验STEM技术，验证其灵活性、传热和储热能力。”
“流化床是STEM采用的关键技术，该技术在化工能源流域应用广泛，热扩散在床内发生，热传输在床和床内的换热器间进行，将太阳能传输至换热器进行高效蒸汽发生，储热系统采用沙子为储热介质。”Michele表示。
该流化床的热量来源于被聚光后的太阳热能，其采用二次反射的塔式技术设计。
De Michele强调流化床能够燃烧气体和液体燃料，这使STEM技术能成为一种天然的混合发电系统，太阳能和燃料可以在一起混合使用或单独使用。
关键优势
Michele表示，采用沙子作介质的关键优势是沙子是普遍而廉价的物品，比导热油或熔盐廉价很多。另外，沙子具有化学元素的惰性，与生态完全兼容而不会造成任何污染，同时也适用于在较大的温度区间内运行。
“STEM是一种模块化的技术，可以轻松根据实际的应用需求实现扩容”。他表示。
其设计的单个工业化应用模块的装机是500kWe，建设和运维首个这样的工业化模块是Magaldi集团目前的首要目标。
其后，Michele还指出，“工业规模化生产将带来更大程度上的成本削减。”
他相信STEM技术的应用前景是十分乐观的，其可以通过模块化扩容至大型的50MW~100MW装机的光热电站，储热时长可达5~6个小时，还能与化石燃料发电进行互补联合循环。
他还指出，STEM技术的强大应用可以使其在阳光资源好的地区获得广泛部署，在电网接入环境较差的地区可以用来替代柴油发电，价格也具备很大竞争力。
“首个目标是建设第一个500kWe的工业化电站项目，然后我们将推进第一个多模块的商业化电站，以实现真正的规模化和商业化应用”。
“现在我们将持续进行研发活动，我们正在研究许多可以改进的地方，结合我们获得的一些经验，我们最终将创造一种更高效和更低成本的太阳能发电系统”。
类似于沙子的可以被广泛利用的材料是否能够成为未来大规模光热发电系统可选的传热和储热介质？STEM项目、MASDAR的SANDSTOCK和美国太阳能控股的SandShifter项目正在推进此方面的研发进程，这对未来沙子工质的商业化应用十分重要。
注：了解更多，请下载附件：a Novel Concept of Solar Receiver-Thermal Energy.pdf
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