光热发电与微型燃气轮机的完美结合因何而火?
发布者:walt | 来源:机经网 | 3评论 | 7800查看 | 2016-09-29 14:36:00    
  太阳能已经在各个国家的新能源开发中承担日益重要的角儿,大众媒体将太阳能发电大部分聚焦在光伏发电(PV),不过近些年太阳能热发电领域,尤其是聚光太阳能发电(CSP)一直在稳步发展中。


  CSP电厂的基本原理:利用汇聚的太阳光加热液体或气体介质,然后把这部分由介质传导的热量转换为机械能,再从机械能转化为电能。热量转换为机械能通常是用来驱动汽轮发电机。在一些较新的CSP电站中还有储热罐,能将太阳能以热能的形式储存起来,需要的时候再放出热量用

  CSP中有一种类型叫parabolicdish,即抛物面蝶式,用斯特林发动机驱动发电机发电。与其他CSP发电技术集中用涡轮发电机进行发电,而碟式系统则是每个独立的聚热模块都能就地进行热电转换,具有灵活部署的模块化特点。单台斯特林的功率为1-30kW,CSP系统既适合以数百千瓦的规模进行分布式部署,又有能力构建数百兆瓦的大型电站。斯特林发动机的可靠性始终是一大硬伤,微型燃气轮机(MGT)则可以解决这一难题。

  伦敦CITY大学能源工程教授Abdulnaser Sayma认为,现在人们仍然在尝试使用斯特林发动机,因为它具有较高的设计效率,但是可靠性问题非常突出。斯特林发动机需要使用气体,通常是氢气或氦气,并储藏在发动机内容,一段时间后活塞环会产生泄露,必须经常填充新的气体。

  几年前欧盟看中了CSP的潜力,将蝶式CSP技术列为重点开发技术,力求解决其可靠性的问题。Abdulnaser Sayma教授于是于2011年申请了项目,得到了欧盟的资助。其实,用微型燃机的太阳能蝶式发电并非全新的概念,类似的项目在过去很多,但是区别是过去的发电容量更大。

  Abdulnaser Sayma教授的项目分为三个阶段:(1)部件开发(2)系统设计和集成(3)技术经济性分析,出了主导该项目外,CITY大学还在瑞典Compower公司的支持下开展微型燃机设计开发、建造和试验。其他合作者还有瑞典KTH皇家理工学院和意大利Innova等,共计8个合作伙伴,来自5个不同的国家。整个项目耗资580万欧元,其中442万元源自欧盟资助。

  示范机组的出力为3-10kW。如果需要更大出力,可通过模块化组合实现。如果在偏远地区的学校和住房,通常一个模块就足够。每个模块有其独立的微型燃机,安装在带有双轴太阳追踪系统的支柱上。和普通微型燃机通过燃料燃烧增加工质温度不同,CSP上的微型燃机的空气是被太阳能加热的,透平进口温度目标为800~900℃。该温度和重型燃气轮机相比无疑是低的,重型燃机透平进口温度一般为1400℃左右。微型燃机没有叶片冷却,因此材料收到限制,微型燃机的透平进口温度甚至可达1100℃,但是太阳能接收器receiver的材料是有限制的。

  KTH皇家理工学院使用了陶瓷泡沫(ceramicfoam),承受温度最高900℃。由于项目的发电容量小,该项目微型燃机不可能在现有微型燃机中选型。如Capstone公司以及Turbec公司,他们的微型燃机功率偏大,Capstone公司的微型燃机30kW以上,Turbec公司则在100kW以上,因此需“定制”微型燃机机组。同样控制系统也不能采购现成的,且需使用可控逆变器或整流器。微型燃气轮机的原型机源自Compower公司,由压气机、透平、回热交换器等组成。首先,CITY大学在原型机的基础上改进压气机和透平的空气动力学性能,原型机使用涡轮增压增加比功,但却牺牲了效率。CITY大学开发了高效的透平和压气机,并且重新设计了轴系布置,能够更好第解决太阳能负荷变化导致的轴系振动问题。常规的微型燃机在定转速运行,而CSP系统中的微型燃机在一天中经历了多个负荷变化,设计团队通过轴系优化,将临界转速排除在了运行转速范围之外。

  该微型燃机采用单级设计,1级向心透平和1级离心压缩机组成。透平制造使用了SelectiveLaserMelting选择性激光熔化技术,类似于3D打印,在设计中则用到了CFD和FEM分析技术。

  2015年4月,CITY大学在试验室对新型压气机和透平的设计进行试验验证,计划于今年完成系统集成,发电功率目标为6kW。本项目的技术成熟度为TRL5或TRL6,如要向商业化发展,则需要欧盟的进一步支持。
最新评论
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机电太阳能发电
斯特林发动机,除非成本可以降低到现在的1/5,否则度电成本也下不来。<br /> <br /> 气体的泄漏不是什么大事情,不够就加好了,大不了多配几个人专门干这个,再怎么样中国也不会缺人。<br /> <br /> 关键是斯特林发电机的价格。
2016-10-04 21:48:30
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机电太阳能发电
这种发电方法大概要等到超临界二氧化碳作为工质的发电机大量应用,才会大幅度降低度电成本。
2016-10-04 21:45:14
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zjchuaran
谈起这个技术就想起了张耀明,国内第一个塔式试验装置曾经采用过类似的技术,只是多了一个燃气端口实现互补。后来美国威尔逊采用相同路线开发了100kw的燃气轮机。其实这个机组学名应该叫高温空气布雷顿动力机组。很期待突破,希望将来在槽式电站中应用。
2016-10-02 12:13:59
0
马上参与
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