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太陽(yáng)能光熱發(fā)電幾種創(chuàng)新型儲(chǔ)熱技術(shù)

發(fā)布日期:2017-04-23 作者: 點(diǎn)擊:

太陽(yáng)能光熱發(fā)電幾種創(chuàng)新型儲(chǔ)熱技術(shù)

光熱電站相比光伏電站的核心優(yōu)勢(shì)即在于光熱電站可配置儲(chǔ)熱系統(tǒng),與傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠一樣,生產(chǎn)出電網(wǎng)友好型的可調(diào)度電力,滿(mǎn)足連續(xù)的用電需求。目前,商業(yè)化光熱發(fā)電項(xiàng)目的儲(chǔ)能市場(chǎng)仍然以二元熔鹽為工質(zhì)的熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)為主流,但其凝固點(diǎn)過(guò)高,易凍堵管道的缺陷也飽受詬病。

  2016年下半年接連發(fā)生的美國(guó)新月沙丘電站熔鹽罐熔鹽泄露事故以及西班牙Gemasolar光熱電站熔鹽熱罐損毀事故,均造成了熔鹽罐維修費(fèi)用及售電收入方面的巨大損失,熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的安全性、可靠性再次受到行業(yè)關(guān)注。

  那么,有沒(méi)有一種更先進(jìn)的儲(chǔ)熱技術(shù),可替代傳統(tǒng)的熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)進(jìn)而成為主流?近年來(lái),創(chuàng)新型儲(chǔ)能技術(shù)層出不窮,盡管其大多停留在實(shí)驗(yàn)室或小型示范階段,在理論層面已證明了其發(fā)展?jié)摿?,但其商業(yè)化價(jià)值仍尚待發(fā)掘。

1. 挪威Energy Nest公司新型固態(tài)混凝土儲(chǔ)能技術(shù)

挪威科技公司Energy Nest與德國(guó)Heidelberg水泥公司(德國(guó)跨國(guó)建材公司,全球四大水泥生產(chǎn)商之一)展開(kāi)合作,耗時(shí)五年半研發(fā)出一種全新的特殊混凝土HEATCRETE儲(chǔ)能技術(shù)。HEATCRETE混凝土經(jīng)國(guó)際權(quán)威獨(dú)立第三方實(shí)驗(yàn)室測(cè)試,具有高比熱容和高熱導(dǎo)率的特性。與之前最為先進(jìn)的混凝土儲(chǔ)能系統(tǒng)相比,HEATCRETE系統(tǒng)的導(dǎo)熱系數(shù)提高了70%,比熱容值提高了15%,這對(duì)電站的熱力性能和傳熱介質(zhì)來(lái)說(shuō)意義重大。該公司表示,其HEATCRETE混凝土儲(chǔ)能系統(tǒng)能使整個(gè)光熱電站的成本下降10%,針對(duì)熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)則能節(jié)約60%的成本。HEATCRETE混凝土儲(chǔ)能技術(shù)還能應(yīng)用于風(fēng)電和生產(chǎn)高溫設(shè)備的工廠,但光熱電站是該公司的主要目標(biāo)市場(chǎng)。

2. 麻省理工學(xué)院新型液態(tài)金屬儲(chǔ)能技術(shù)

20149月,麻省理工學(xué)院的研究人員公開(kāi)一種新型全液態(tài)金屬電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。該液態(tài)金屬儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部沒(méi)有使用任何固體材料制作,全部的儲(chǔ)能元件也都采用融化的液體來(lái)制作。該系統(tǒng)造價(jià)低廉,且使用壽命較長(zhǎng)。研究團(tuán)隊(duì)稱(chēng)該儲(chǔ)能系統(tǒng)可使風(fēng)能和太陽(yáng)能這些可再生能源具備與傳統(tǒng)能源相競(jìng)爭(zhēng)的能力。

3. 瑞典查爾姆斯大學(xué)新型含碳化學(xué)液體高效儲(chǔ)能

20173月,瑞典查爾姆斯理工大學(xué)研究者成功驗(yàn)證了以一種含碳化學(xué)液體作為介質(zhì),來(lái)高效存儲(chǔ)太陽(yáng)能的新型儲(chǔ)能技術(shù)的可行性。通過(guò)這種化學(xué)液體,能夠?qū)崿F(xiàn)能量的自由傳輸以及隨時(shí)釋放。值得一提的是,該化學(xué)液體釋放能量時(shí),幾乎可以實(shí)現(xiàn)能量的零損耗。研究小組將這個(gè)過(guò)程叫做分子式太陽(yáng)能儲(chǔ)熱系統(tǒng)。目前,此項(xiàng)新技術(shù)已成功登上《能源與環(huán)境科學(xué)》(英國(guó)皇家化學(xué)院發(fā)行的學(xué)術(shù)期刊)的封面。

           

    

      

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圖:分子式太陽(yáng)能儲(chǔ)熱系統(tǒng)模型

4.瑞典SaltX科技公司新型鹽結(jié)晶儲(chǔ)能技術(shù)

瑞典SaltX科技公司推出一種新型儲(chǔ)能技術(shù),主要利用鹽晶體及其溶液在不同溫度作用下,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)存與釋放能量??蓱?yīng)用于光熱發(fā)電、太陽(yáng)能制冷和空調(diào)領(lǐng)域,該公司宣稱(chēng)可使能耗及儲(chǔ)能成本降低約33%。該公司成立于2001年,一直致力于可再生能源的發(fā)展。憑借在歐洲綠色能源領(lǐng)域的快速發(fā)展,SaltX科技公司于201611月榮獲BullhoundConnect大獎(jiǎng)。目前,該公司已與美國(guó)通用電氣、瑞美制造和阿法拉伐等公司建立合作關(guān)系,并提供新型儲(chǔ)能解決方案。

5.美國(guó)新型熱化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)

20165月,美國(guó)俄勒岡州立大學(xué)和佛羅里達(dá)大學(xué)的科研人員合作推出一種新型熱化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng),可用于存儲(chǔ)和釋放太陽(yáng)能。相比傳統(tǒng)儲(chǔ)熱設(shè)備,美科研人員改進(jìn)后的儲(chǔ)能方案新增一種類(lèi)似電池的熱化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng),其內(nèi)部的轉(zhuǎn)化過(guò)程是基于熱能而非電流。在充電期間,碳酸鍶在太陽(yáng)熱能作用下,分解成氧化鍶和二氧化碳。當(dāng)放電時(shí),氧化鍶和二氧化碳會(huì)發(fā)生合成,同時(shí)釋放出儲(chǔ)存的熱量。該儲(chǔ)能系統(tǒng)的材料易獲得、不易燃且綠色環(huán)保,使用這些材料合成的化合物運(yùn)行溫度高達(dá)1200攝氏度,儲(chǔ)熱效率比現(xiàn)有儲(chǔ)熱系統(tǒng)高兩倍。

              

    

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圖:新型熱化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)原理圖

6.澳大利亞Solastor高純石墨儲(chǔ)能技術(shù)

Solastor是澳大利亞一家研究太陽(yáng)能儲(chǔ)熱發(fā)電技術(shù)的專(zhuān)業(yè)公司,其采用高純石墨作為吸熱和儲(chǔ)熱材料的塔式熱發(fā)電技術(shù)一直領(lǐng)先于世界,其內(nèi)置式石墨儲(chǔ)能技術(shù)在十余個(gè)國(guó)家獲得了知識(shí)產(chǎn)權(quán)的zhuanli保護(hù)。該儲(chǔ)能技術(shù)具有低塔、多塔、環(huán)保、安全、高容量?jī)?chǔ)能和24小時(shí)熱能損失低于5%,以及模塊化組合等優(yōu)點(diǎn)。

2014年,江蘇潤(rùn)陽(yáng)儲(chǔ)能技術(shù)有限公司引進(jìn)該公司內(nèi)置式石墨工質(zhì)塔式光熱發(fā)電技術(shù),建設(shè)我國(guó)首個(gè)石墨工質(zhì)塔式光熱發(fā)電示范項(xiàng)目。這種以石墨為介質(zhì),集吸熱、儲(chǔ)能、熱交換為一體的三合一內(nèi)置式先進(jìn)技術(shù),填補(bǔ)了我國(guó)光熱發(fā)電領(lǐng)域的又一空白,對(duì)在我國(guó)開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能塔式光熱發(fā)電技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)意義。

                

 

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圖:位于江陰的我國(guó)首個(gè)石墨工質(zhì)塔式光熱發(fā)電示范項(xiàng)目

7.阿聯(lián)酋Masdar理工學(xué)院沙子儲(chǔ)熱技術(shù)

201512月,阿聯(lián)酋Masdar理工學(xué)院宣布,其研究人員已成功證明沙子可以?xún)?chǔ)存太陽(yáng)熱能用于光熱發(fā)電,存儲(chǔ)溫度可達(dá)1000℃。該研究項(xiàng)目名為“Sandstock”,目標(biāo)是尋求開(kāi)發(fā)一種可持續(xù)的低成本的依靠重力給料的太陽(yáng)能接收器和存儲(chǔ)系統(tǒng),即使用沙子作為傳熱和儲(chǔ)熱介質(zhì)。沙漠里的沙子是一種潛在的儲(chǔ)熱材料,其熱穩(wěn)定性和比熱容在高溫下的特性已經(jīng)被研究證明。用廉價(jià)的沙子可以降低成本,同時(shí),儲(chǔ)熱材料工作溫度的增加意味著效率提升。

20167月,全球首個(gè)以沙子作為工質(zhì)的塔式光熱電站在意大利西西里島正式啟動(dòng)。該項(xiàng)目的核心技術(shù)是一種基于沙子流化床的太陽(yáng)能蒸汽發(fā)生技術(shù),是首個(gè)在MW級(jí)規(guī)模對(duì)沙子儲(chǔ)熱工質(zhì)進(jìn)行示范的電站,能夠吸收和儲(chǔ)存太陽(yáng)能并將熱量轉(zhuǎn)化為電力和其他熱能使用。

                  

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圖:位于意大利的全球首個(gè)沙子工質(zhì)塔式光熱電站


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