美国Verdicorp推低成本胶囊式相变储热系统
发布者：CSPPLAZA | 来源：CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 13314查看 | 2015-02-06 17:37:00
CSPPLAZA光热发电网报道：光热发电因伴有储热系统而具备了可持续稳定与可调度供电的核心竞争优势，美国能源部SunShot计划提出到2020年实现6美分/kWh的光热发电成本目标，其中对储热系统设定的目标为15美元/kWhth。而目前的实际成本仍远远高出这一目标值，如何更快地降低储热系统的成本是光热发电行业须着力突破的关键一环。
除了目前常见的熔盐储热技术，更多新型的低成本储热系统方案被提出并开始逐步推向实验和示范验证。美国佛罗里达大学研发的胶囊式相变储热系统就是一种独特的新型储热解决方案。据称，采用该技术可以大大削减储热成本。CSPPLAZA记者为此采访了Verdicorp中国区代表北京百富丽科技有限公司总经理佟光华。
佟光华表示，该储热技术采用胶囊式包装熔盐以实现相变储热。之所以采用这种胶囊结构，是为了解决传统熔盐储热系统投资成本高及有腐蚀性的问题。首先，熔盐的优势是价格低廉，来源普遍，物理化学性质稳定，导热系数与载热容量高。但是考虑到熔盐储热系统的热损失和熔盐的腐蚀性问题，必须对熔盐管道做好保温，以避免熔盐凝固，同时目前采用的双罐系统也使得熔盐储热系统的投资较为高昂。储热系统的投资是光热发电站仅次于光场的第二大类别。削减熔盐储热系统高昂的投资成本，可大幅降低光热发电的度电成本。
相变熔盐是一种具有特殊感光性和可快速充放热的具有特殊导热性的高温材料，由多种不同的熔盐以一定比例配比而成，具体可根据实际的运行温度需要选择材料配比。将这种相变材料封装于小型的胶囊状球体中，可有效解决相变材料对储热箱体的腐蚀问题，并可采用价格更为低廉的单罐设计。
对于该储热球的制造和封装工序，研究人员首先采用液压机将这种粉状相变蓄热材料压缩，然后用一种低成本、可硬化并具有高渗透率的聚合物涂布将压缩后的相变材料包裹起来，再通过加热工序，使相变材料膨胀，聚合物涂布膨胀将空气逼出材料球内，形成真空。再通过放热过程，相变材料在球体内由外向内冷却成为固态，因空气在加热过程中被逼出，中心部位形成真空状态，然后采用电镀或高温烧结技术将包裹起来的相变储热球封装一层金属外壳或者陶瓷外壳。（见图1）
图1：金属外壳相变蓄热球制造过程
而之所以将储热球进行真空处理，是因为储热球在使用过程中，相变材料在球体内部会因融化而膨胀，造成内部压力升高，可能会对球体造成损坏，真空处理后球体内部就预留了一部分空间，可保证相变材料在充放热过程中不会对球体外壳造成损坏。
无数个储热球次序排列在集装箱式的储热箱体中，就形成了一种独特的集装箱式相变储热系统。目前，储热球的排列方式有内置式和相变瀑流式两种，可根据项目场地的大小选择不同的排列方式，两种储热箱在制作费用方面会有所差异。（见图2）
图2：模块化相变蓄热球储热系统的两种排列结构
采用陶瓷外壳和金属外壳的两种储热球使用的熔盐成份和配制比例都不相同，这使得它们可以应用于不同的领域。金属外壳相变储热球可以应用于中温领域，运行温度为0℃～400℃；高温(400~1000℃)应用领域则必须采用陶瓷外壳，陶瓷外壳的烧结也是一个技术难点，陶瓷通常有毛孔，必须在远远超过相变材质熔点1200~1600℃的温度烧结，佛罗里达大学通过与日本京瓷的合作克服了陶瓷外壳的生产技术问题。
根据佛罗里达大学的试验数据和与常规储热系统对比证明，这种相变型储热系统具有以下几方面优势。第一，陶瓷外壳的相变储热球储热系统运行温度范围在400~1000℃之间，远高于目前常用的熔盐储热系统最高550℃的工作温度，可以有效提高光热电站的发电效率；第二，该储热系统采用单罐设计，大幅降低储热储罐的投资。另外也可以采用集装箱式组装结构，安装灵活，适合分布式与地面面积有限的项目。第三，该储热系统采用模块化设计，可根据用户需要满足不同领域的储热应用，既可应用于分布式储热领域，也可以用于大规模光热电站；第四，相对目前市场上的储热系统在经济性方面有了很大提高，有较强的市场竞争力。
目前这种金属外壳的相变储热球在300~400℃的温度范围已完成2200次充放热循环老化测试（折合系统实际运行7年），传储热各项参数表现稳定。佟光华告诉CSPPLAZA记者，陶瓷外壳相变储热球在400~1000℃温度范围的老化测试目前正在进行中。根据整体测试结果评估，这种新型相变储热球储热系统的运行寿命可以达到25年以上。
佟光华重点强调了这种新型相变材料储热系统的经济性，他估测该储热系统售价可达到200元/千瓦时热以下，相比目前市场上熔盐储热约300元~400元/千瓦时热的市场价格大大降低，而且由于其模块化、安装灵活的特性，在光热发电和各种工业热利用领域都会有极强的适用性。
目前，Verdicorp公司计划在澳大利亚昆士兰利用丰富的太阳热资源，推出34个分布式光热发电站，采用新的相变技术作为电站24小时发电的储能系统,取代目前昂贵的柴油发电站。在国内，已经开始与西北客户规划使用这套蓄热系统作为分布式光热发电与供暖装置的储能系统。
佟光华同时表示，Verdicorp公司已经取得美国佛罗里达大学专利技术授权，同时也在申请相关制造技术的专利。目前Verdicorp正在中国市场寻找合作伙伴开拓相变熔盐蓄热市场，有意向的光热行业企业或投资体可与其联系洽谈多方面合作，共同推进这种新型相变储热系统的商业化应用。
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