热化学储热实现15$/kWhth的储热投资成本？
发布者：本网记者Alice | 来源：CSPPLAZA光热发电网 | 1评论 | 14378查看 | 2014-06-22 18:35:00
光热发电的最大优势毫无疑问是其可通过廉价的储热系统实现持续稳定发电，寻求最具成本经济效益的可行的储热技术方案是削减光热发电成本的关键。这其中最有潜力和前景的技术是热化学储热技术。
CSPPLAZA光热发电网报道：储热的方法按照原理可以分为显热储热、潜热储热和热化学反应储热三类。现在主流的太阳能热发电储热装置是双罐融盐储热系统，属于显热储热， 存在着蓄热密度低、成本高、低温凝固、高温分解和腐蚀等问题。很多研究人员在开发高温混凝土显热蓄热技术，但混凝土的蓄热密度过低，影响了其大规模商业应用。潜热蓄热的蓄热密度大， 但存在着导热系数低等问题。热化学反应蓄热具有更大的能量储存密度，而且不需要保温，可以在常温下无损失地长期储存热能。
有潜力削减光热发电的储热成本的方案有两种，分别是：采用一种新型的储热材料，或采用一种新的工艺流程。
在今年6月份公布的一项价值1000万美元的资金支持计划中，美国能源部SunShot计划正在支持储热技术向上述两个方向进行研发。研究者们获得SunShot的支持以尝试研发新型的储热材料，并开发一种新的工艺来储存这些材料，即以实际的化学键方式。
科罗拉多矿业大学和Sandia国家实验室已经获得了SunShot计划的支持。他们采用热化学储存的方式，利用砂石颗粒类的钙钛矿（指一类具有特定结构的氧化物陶瓷）作为储热材料；佛罗里达州立大学和南方研究所则正在研究采用碳酸盐化学储热材料；加州大学洛杉矶分校正在研究氨化学储热技术，西北太平洋国家实验室则采用金属氢化物储热技术。
与当前领先的采用熔盐储热的光热发电储热技术不同，热化学储热技术通过类似于化学实验室里的本生灯那样的热化学反应进行。该轮SunShot资金支持被称为新型工程性热化学储热技术的高效利用均衡机制(ELEMENTS)。
更高的能量密度
Pitchuman表示，“我们之所以聚集热化学储热技术，是因为这种通过热化学反应以化学键的方式存储太阳能的技术拥有更高的能量密度。相对其它储热方式，这种技术可以在更小的存储空间内实现相同的储热量，从而降低投资成本。”
SunShot计划的目标是降低光热储热系统建设的投资成本降至15美元/kWhth以下，这将帮助光热发电的LCOE在2020年实现6美分/kWh以内的宏伟目标。
仅仅在最近的三年内，光热发电的LCOE成本已经被削减至13美分/kWh，这使我们在迈向最终的6美分/kWh的终极目标的道路上实现了很大的跨越，比三年之前的27美分/kWh的成本已经降低了一半。这是目前在无补贴的情况下可以实现的成本数据。
在无补贴的情景下进行对比，大规模光伏发电的LCOE目前大约为11美分/kWh，而光热发电带储热的LCOE已经可以达到13美分/kWh的水平。
金属氢化物
其中一个受SunShot计划资助的单位，即西北太平洋国家实验室（PNNL）获得了2906415美元资助。其技术方案是把高温和低温的金属氢化物组合在一起，形成低压力储热。
金属氢化物在释放热量后不会结晶，这与熔盐不同，其不需要吸收能量来保持某种流动状态。同时其可以实现更长的寿命周期，PNNL期待其可以满足30年的寿命目标。
高级研究科学家EwaRonnebro解释了PNNL为何选择金属氢化物作为热化学储热技术的研发方向来实现SunShot的目标。他说，“金属氢化物在工作状态时拥有比熔盐高八倍的能量密度，因此在储存同样的能量时，我们的系统在体积方面可以缩小至八分之一。”
“我们采用低成本的金属，辅以一种简单的紧凑的工程化的系统设计。我们基于一种高焓值的可逆的化学反应实现这种热化学储热技术，可以实现接近100%的储热效率。”
他的团队采用的技术基于一种双金属氢化物床的设计，这种金属氢化物吸热后可达到的运行温度高达675摄氏度，金属氢化物可以保持在环境室温下，在有太阳的白天用于吸收热量，在需要时释放热量以发电。
这两种金属氢化物粉末将被存储入不锈钢罐中，两个罐子相互连接，以实现在环境温度下的互相流通。
“金属氢化物运行在675摄氏度的较高温度范围，基于可逆的热化学反应，这种技术比熔盐的500~550摄氏度的运行温度更高，因此我们可以获得99%的放能效率”。
早期的成功
SunShot计划支持那些处于早期研发阶段的项目团队，他们可以据此扶持对技术进行示范，高温金属氢化物储热技术可以满足光热储热技术的开发目标。
“SunShot的ELEMENTS项目于今年的6月1日启动，一年之后，我们将可以看到这种金属氢化物储热技术被应用于一个3kWh的示范系统内，用于验证该技术。”Ronnebro表示。
如果这个实验取得成功，他们将与高级冶金粉末制造商ADMA、Butler Sun解决方案公司和前Sandia太阳能热化学研究人员Diver Solar的Richard Diver合作在下一步建设一个大型的30kW示范系统。
未来，他们还将合作尝试建设更大规模的，重达1000kg的低成本的、长寿命周期的金属氢化物储热系统，可实现240kWh的热量存储能力，放热效率达到99%。
Ronnebro期待她的团队能够帮助实现SunShot计划15美元/kWhth的储热成本目标，以帮助光热发电实现6美分/kWh的均化成本。
当然，Ronnebro的团队仅仅是致力于热化学创新储热技术研究的其中之一。
我们是十分乐观的，Pitchumani确信SunShot的目标是可以实现的。“我们持续向光热发电投入研发力量，这将确保我们最终实现既定目标”。
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2014-07-05 14:05:56
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