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太陽能光熱發電幾種創新型儲熱技術

發布日期:2017-04-23 作者: 點擊:

太陽能光熱發電幾種創新型儲熱技術

光熱電站相比光伏電站的核心優勢即在于光熱電站可配置儲熱系統,與傳統的火力發電廠一樣,生產出電網友好型的可調度電力,滿足連續的用電需求。目前,商業化光熱發電項目的儲能市場仍然以二元熔鹽為工質的熔鹽儲能技術為主流,但其凝固點過高,易凍堵管道的缺陷也飽受詬病。

  2016年下半年接連發生的美國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用及售電收入方面的巨大損失,熔鹽儲熱系統的安全性、可靠性再次受到行業關注。

  那么,有沒有一種更先進的儲熱技術,可替代傳統的熔鹽儲熱技術進而成為主流?近年來,創新型儲能技術層出不窮,盡管其大多停留在實驗室或小型示范階段,在理論層面已證明了其發展潛力,但其商業化價值仍尚待發掘。

1. 挪威Energy Nest公司新型固態混凝土儲能技術

挪威科技公司Energy Nest與德國Heidelberg水泥公司(德國跨國建材公司,全球四大水泥生產商之一)展開合作,耗時五年半研發出一種全新的特殊混凝土HEATCRETE儲能技術。HEATCRETE混凝土經國際權威獨立第三方實驗室測試,具有高比熱容和高熱導率的特性。與之前最為先進的混凝土儲能系統相比,HEATCRETE系統的導熱系數提高了70%,比熱容值提高了15%,這對電站的熱力性能和傳熱介質來說意義重大。該公司表示,其HEATCRETE混凝土儲能系統能使整個光熱電站的成本下降10%,針對熔鹽儲能系統則能節約60%的成本。HEATCRETE混凝土儲能技術還能應用于風電和生產高溫設備的工廠,但光熱電站是該公司的主要目標市場。

2. 麻省理工學院新型液態金屬儲能技術

20149月,麻省理工學院的研究人員公開一種新型全液態金屬電池儲能系統。該液態金屬儲能系統內部沒有使用任何固體材料制作,全部的儲能元件也都采用融化的液體來制作。該系統造價低廉,且使用壽命較長。研究團隊稱該儲能系統可使風能和太陽能這些可再生能源具備與傳統能源相競爭的能力。

3. 瑞典查爾姆斯大學新型含碳化學液體高效儲能

20173月,瑞典查爾姆斯理工大學研究者成功驗證了以一種含碳化學液體作為介質,來高效存儲太陽能的新型儲能技術的可行性。通過這種化學液體,能夠實現能量的自由傳輸以及隨時釋放。值得一提的是,該化學液體釋放能量時,幾乎可以實現能量的零損耗。研究小組將這個過程叫做分子式太陽能儲熱系統。目前,此項新技術已成功登上《能源與環境科學》(英國皇家化學院發行的學術期刊)的封面。

           

    

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圖:分子式太陽能儲熱系統模型

4.瑞典SaltX科技公司新型鹽結晶儲能技術

瑞典SaltX科技公司推出一種新型儲能技術,主要利用鹽晶體及其溶液在不同溫度作用下,發生化學反應來進行儲存與釋放能量。可應用于光熱發電、太陽能制冷和空調領域,該公司宣稱可使能耗及儲能成本降低約33%。該公司成立于2001年,一直致力于可再生能源的發展。憑借在歐洲綠色能源領域的快速發展,SaltX科技公司于201611月榮獲BullhoundConnect大獎。目前,該公司已與美國通用電氣、瑞美制造和阿法拉伐等公司建立合作關系,并提供新型儲能解決方案。

5.美國新型熱化學儲能系統

20165月,美國俄勒岡州立大學和佛羅里達大學的科研人員合作推出一種新型熱化學儲能系統,可用于存儲和釋放太陽能。相比傳統儲熱設備,美科研人員改進后的儲能方案新增一種類似電池的熱化學儲能系統,其內部的轉化過程是基于熱能而非電流。在充電期間,碳酸鍶在太陽熱能作用下,分解成氧化鍶和二氧化碳。當放電時,氧化鍶和二氧化碳會發生合成,同時釋放出儲存的熱量。該儲能系統的材料易獲得、不易燃且綠色環保,使用這些材料合成的化合物運行溫度高達1200攝氏度,儲熱效率比現有儲熱系統高兩倍。

              

    

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圖:新型熱化學儲能系統原理圖

6.澳大利亞Solastor高純石墨儲能技術

Solastor是澳大利亞一家研究太陽能儲熱發電技術的專業公司,其采用高純石墨作為吸熱和儲熱材料的塔式熱發電技術一直領先于世界,其內置式石墨儲能技術在十余個國家獲得了知識產權的專利保護。該儲能技術具有低塔、多塔、環保、安全、高容量儲能和24小時熱能損失低于5%,以及模塊化組合等優點。

2014年,江蘇潤陽儲能技術注册即送18元体验金引進該公司內置式石墨工質塔式光熱發電技術,建設我國首個石墨工質塔式光熱發電示范項目。這種以石墨為介質,集吸熱、儲能、熱交換為一體的三合一內置式先進技術,填補了我國光熱發電領域的又一空白,對在我國開發太陽能塔式光熱發電技術具有現實意義。

                

 

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圖:位于江陰的我國首個石墨工質塔式光熱發電示范項目

7.阿聯酋Masdar理工學院沙子儲熱技術

201512月,阿聯酋Masdar理工學院宣布,其研究人員已成功證明沙子可以儲存太陽熱能用于光熱發電,存儲溫度可達1000℃。該研究項目名為“Sandstock”,目標是尋求開發一種可持續的低成本的依靠重力給料的太陽能接收器和存儲系統,即使用沙子作為傳熱和儲熱介質。沙漠里的沙子是一種潛在的儲熱材料,其熱穩定性和比熱容在高溫下的特性已經被研究證明。用廉價的沙子可以降低成本,同時,儲熱材料工作溫度的增加意味著效率提升。

20167月,全球首個以沙子作為工質的塔式光熱電站在意大利西西里島正式啟動。該項目的核心技術是一種基于沙子流化床的太陽能蒸汽發生技術,是首個在MW級規模對沙子儲熱工質進行示范的電站,能夠吸收和儲存太陽能并將熱量轉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沙子工質塔式光熱電站


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