创新性储热技术削减光热发电储热成本
发布者：本网记者Crystal | 来源：CSPPLAZA光热发电网 | 1评论 | 9856查看 | 2014-06-01 12:36:00
CSPPLAZA光热发电网报道：当前，光热发电配置的常见的熔盐储热系统的成本约为30美元/kWh，约占电站总投资额的15%~20%。业内依旧希望进一步降低其成本，那么，进一步降低储热系统的投资成本的途径有哪些呢？
光热发电类似于传统火电的发电原理，但其并不燃烧煤炭天然气等化石能源，其能源源自太阳辐照，配置储热系统可以帮助光热发电实现稳定可持续可调电力的生产。一般来看，储热系统的投资约占一个光热电站总投资的1/5左右。
美国明尼苏达州的Terrafore Technologies公司创始人兼首席技术官Anoop Mathur表示，他们设计了一个巧妙的方案来降低储热的成本。
“SunShot计划的目标是到2022年达到15美元/kWh的储热成本，我们现在已经可以将其降低至16美元，接近这一目标。”Mathur表示。他是美国能源部先进能源研究计划署(ARPA-E)的获资助者之一，在太阳能和新材料研究方面拥有40年的工作经验。
相变储热
Mathur设计的是一种单罐储热系统，材料为一种相变无机盐混合物，他们宣称这种系统单个单元的储热能力比目前常见的双罐储热系统高50%。
他的公司突破了相关的技术屏障，使高温储热系统更具成本经济效益，更加实用。其将各种拥有不同熔点的无机盐混合后放入一种多孔微型囊体中，再将其置于单罐储热罐中。
这些药丸大小的微型囊体通过分层，低熔点的熔盐将自动沉降至罐体底部，高熔点熔盐则位于上部，从而实现各种无机盐材料在罐体内部的逐级层叠。实际运行中，热流体从集热塔顶部流向储热罐，高熔点熔盐的囊体在上部先与高温传热介质换热，传热介质换热后再进入储热罐下部与低熔点熔盐再次换热，实现较高的换热效率。
Mathur称，可以将多种不同熔点的无机盐进行层叠，目前他发现的最好的方案是三种材料的层叠。“采用三种无机盐，能量密度可以增加52%，如果采用更多种类的无机盐，我们最多可以增加55%。”他解释称，“但从经济性考虑，目前其选用的三种材料是最好的选择。”
如果要将储热罐中的热量输出以供发电，则工质的换热方向是相反的。这是一种最高效的单罐储热方案。
前沿的技术
“Terrafore公司的技术是尖端的、低成本的新型储热技术”。在5月份Anaheim举办的SunShot论坛上，相关技术同行对此如是评价道。
Mathur表示，很多研究人员一直在尝试通过无机盐的相变储热来提高储热的能量密度，他提出的解决方案是对无机盐进行封装。
但被封装后的无机盐让其在较高的温度下安全融化并不容易，因为无机盐在受热时将膨胀，Terrafore的方案是用一种由特殊粘土制成的壳体包裹这些无机盐，并在其中预留膨胀的空间。“同时，将一种金属涂层沉积在这种粘土中，使这种囊体更为坚固。”Mathur表示。这种金属是镍，因为其可以采用低温化学蒸汽沉积的方式嵌入，其在实用中可以承受很高的运行温度。
囊体预留空隙是关键
我们采用的是一种新的“牺牲式”的做法来制造这些囊体，他解释称，首先我们制造壳体，利用一种可以在高温下分解为气体的高分子聚合物，将其嵌入其中，然后加热，这种高分子聚合物受热后成为气体逃逸，从而制造出一些孔隙，来满足熔盐高温膨胀后的空间需求。
Mathur指出，制造这些孔隙是很关键的，其可以让储热罐保持安全稳定，增加换热空间。“我在70年代就开始研究相变储热材料，很多公司对此也进行了深入研究但都遇到了一些关键问题。”
其中一个问题是当要释放所存储的热量时，熔盐放热后可能会凝固在换热器管壁上，研究人员不得不尝试采用喷扫等方式清理，十分麻烦。Mathur的方案是隔绝熔盐，将其置于单独的囊体中，保证熔盐不会因为换热出现凝固附着于换热器上的现象。
他的这种囊体设计已经在风化环境下经过了5000个循环的实验，预计能够经受超过1万个循环的测试。但要进行更贴近实际的规模化实验还需要投入300万美元。他的公司现在可以生产数亿的这种10毫米囊体，这种生产类似于制药工业中的胶囊制造流程，可以采用同样的设备制造，因此不需新型的生产设备投资。
混凝土储热创新
另外一种创新方案来自于挪威NEST能源公司的混凝土储热方案，其正在与Masdar理工学院合作建设一个1MWh的储热示范项目。Terrafore将塔式熔盐技术作为其目标市场，而NEST的混凝土储热方案则适用于采用导热油工质或DSG技术的槽式或菲涅尔光热电站。
NEST销售副总裁Jarl Pedersen表示，“我们可以为槽式系统提供低成本的储热方案，槽式技术目前仍是最具融资可行性的技术。我们的技术相对熔盐储热技术在成本上更加低廉。”
NEST能源公司CEO Øivind Resch也曾表示，“在今天的可再生能源行业背景下，光热发电配储热系统是十分重要的，NEST能源公司的储热技术有很大的商业化应用潜力，我们期待Masdar示范项目的建设能为我们的技术应用带来进步。”
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