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　　CSPPLAZA光熱發電網訊：據悉，美國能源部（DOE）擬通過Small Business Vouchers（SBV）計劃撥給阿(a)貢國家實驗(yan)室一筆經費，用以支(zhi)持其對Terrafore公司所研究的創(chuang)新型(xing)膠囊式相變(bian)熔鹽儲(chu)(chu)熱(re)技術(shu)(shu)進行(xing)進一步大規(gui)模獨立測(ce)試。利(li)用該創(chuang)新型(xing)儲(chu)(chu)熱(re)技術(shu)(shu)可實現儲(chu)(chu)熱(re)和換熱(re)兩過程在一個單(dan)獨儲(chu)(chu)罐中完成，而且系統運行(xing)溫度可超過800°C。

　　據悉，當了解到有(you)望獲(huo)得能源部(bu)的(de)(de)(de)資金(jin)支持后，阿貢國家(jia)實驗室的(de)(de)(de)科學家(jia)們目前已與Terrafore公司首席執(zhi)行官Anoop Mathur接洽并提出實驗申請。事實上，早在2008年9月美(mei)國能源部(bu)就曾(ceng)撥(bo)付給Terrafore180萬美(mei)元經費，用于支持其研究混(hun)合熔(rong)鹽流動和(he)傳熱特性，以及評估熔(rong)鹽相變蓄熱的(de)(de)(de)潛力。

　　Mathur表示(shi)：“我們之前在美國(guo)西南研究院已經(jing)證(zheng)(zheng)明了膠(jiao)囊式相變熔(rong)鹽在370°C條件下的(de)可(ke)靠(kao)性，而阿貢國(guo)家實驗室的(de)獨(du)立(li)測試則(ze)將進一步證(zheng)(zheng)明，這(zhe)些熔(rong)鹽膠(jiao)囊表面的(de)特(te)殊涂層能夠(gou)承受試驗設備所(suo)施加(jia)的(de)高溫和高壓考驗。”

　　相比傳統雙罐儲熱系統單位體積熱容高出50%

　　Mathur進一(yi)步補充說：“我們(men)的膠囊式相變熔鹽(yan)儲熱(re)(re)技術(shu)已經具(ju)備了商業化實力，我們(men)有信心將該(gai)技術(shu)應用于分布(bu)式規模的迷你塔式、碟式光熱(re)(re)電(dian)站(zhan)以及使用超臨界二氧化碳循環(huan)技術(shu)的新一(yi)代(dai)光熱(re)(re)電(dian)站(zhan)。”

　　Mathur將其(qi)設計的(de)(de)(de)密封式熔(rong)鹽(yan)膠囊(nang)命名為(wei)TerraCaps，若采(cai)用(yong)該技術儲熱(re)裝置將無須采(cai)用(yong)目前常規的(de)(de)(de)雙(shuang)罐(guan)(guan)設計（熱(re)罐(guan)(guan)與冷罐(guan)(guan)），僅使用(yong)單罐(guan)(guan)即(ji)可(ke)。據悉，單個罐(guan)(guan)體即(ji)可(ke)同時實(shi)現(xian)儲熱(re)和(he)傳熱(re)，而且相比目前光熱(re)電站常見的(de)(de)(de)雙(shuang)罐(guan)(guan)熔(rong)鹽(yan)儲熱(re)系(xi)統，這(zhe)種膠囊(nang)式相變熔(rong)鹽(yan)儲熱(re)系(xi)統單位體積的(de)(de)(de)熱(re)容(rong)量(liang)可(ke)以(yi)高出(chu)50%。而得以(yi)實(shi)現(xian)單罐(guan)(guan)完成傳儲熱(re)技術的(de)(de)(de)關(guan)鍵(jian)是膠囊(nang)要在其(qi)內部(bu)(bu)熔(rong)鹽(yan)融(rong)化(hua)膨脹時為(wei)其(qi)提供充足的(de)(de)(de)內部(bu)(bu)空間。

　　Mathur指出，正是(shi)膠(jiao)囊內(nei)部(bu)的熔鹽(yan)(yan)以及(ji)充足的空間保(bao)證了(le)單位(wei)體積(ji)儲熱容(rong)量的大(da)(da)幅提升，部(bu)分熔鹽(yan)(yan)熔化后體積(ji)可變(bian)大(da)(da)25％左右。由于導(dao)熱性(xing)較低，熔鹽(yan)(yan)在換(huan)熱方面(mian)效率不高且換(huan)熱時(shi)需要(yao)足夠大(da)(da)的接觸面(mian)積(ji)，而(er)將熔鹽(yan)(yan)裝在小膠(jiao)囊中則可增大(da)(da)比表面(mian)積(ji)，幫助維(wei)持發電系(xi)統所(suo)需的高傳(chuan)熱效率。

　　膠囊內的空間如何形成？

　　據(ju)Mathur介紹，在(zai)(zai)直徑幾乎不到1英寸(cun)的(de)膠囊中制造空間的(de)過程十分(fen)有趣。首先會在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)條(tiao)件(jian)下把一種(zhong)變成氣(qi)態的(de)聚合(he)物包裹在(zai)(zai)熔鹽顆粒(li)【采用流化(hua)床造粒(li)裝置制取】表面(mian)形成涂(tu)層(ceng)(ceng)，然后將(jiang)被涂(tu)層(ceng)(ceng)包裹的(de)鹽壓縮成像黏土一樣并形成膠囊狀，接(jie)著(zhu)再利用化(hua)學氣(qi)相沉積法為膠囊“穿上(shang)”一個鎳基金屬“外套”——耐高(gao)溫(wen)涂(tu)層(ceng)(ceng)。需要注意的(de)是，根據(ju)應用溫(wen)度(du)不同要選擇不同的(de)耐高(gao)溫(wen)復合(he)涂(tu)層(ceng)(ceng)。

　　接著加熱膠囊(nang)，這時熔(rong)鹽表面附著的(de)(de)聚合(he)物將再次(ci)變成氣體并通過(guo)氣孔(kong)逸出，同時也使膠囊(nang)內(nei)部留下了一些孔(kong)隙，為鹽在(zai)加熱和冷卻(que)時的(de)(de)膨脹和收縮創造(zao)空間條件(jian)。最后再將一種特殊的(de)(de)涂層(ceng)附著在(zai)膠囊(nang)表面以密封氣孔(kong)并使其牢固。【詳細過(guo)程(cheng)見下列組圖】

　　Step1

　　Step2

　　Step3

　　Step4

　　阿貢國家實驗室的進一步測試有望將該技術(shu)推向大規模商業化應(ying)用(yong)階段。

　　Mathur表示(shi)：“現在我們已(yi)經(jing)證明了這(zhe)項技(ji)術的(de)(de)(de)可行性并做好了商業(ye)化應用(yong)的(de)(de)(de)準備，這(zhe)是(shi)一項巨(ju)大的(de)(de)(de)技(ji)術突破。此前(qian)雖(sui)然有許多(duo)研(yan)究人員一再嘗試通過使用(yong)鹽的(de)(de)(de)相(xiang)變原(yuan)理(li)來(lai)達(da)到增加儲能(neng)密度的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)，許多(duo)公(gong)司也在嘗試利用(yong)熔鹽相(xiang)變，但都(dou)在換(huan)熱(re)與傳(chuan)熱(re)方(fang)面遇到了一些技(ji)術難題。”

　　膠囊式相變熔鹽儲熱技術如何實現單罐傳儲熱？

　　據了解，這種獨(du)創性(xing)的(de)類似(si)彈珠形狀的(de)膠(jiao)囊可(ke)以幫(bang)助人們輕松實現單罐(guan)傳儲熱。膠(jiao)囊內通(tong)過封裝(zhuang)三種不(bu)同成(cheng)分的(de)無機鹽可(ke)以賦予它們不(bu)同的(de)熔(rong)點。

　　三種不同的膠(jiao)囊(nang)需要分層放置，熔(rong)點最低(di)的膠(jiao)囊(nang)置于(yu)罐體底部(bu)，熔(rong)點最高的膠(jiao)囊(nang)則(ze)置于(yu)頂部(bu)，從(cong)頂部(bu)到底部(bu)形成熱串聯(lian)。太(tai)陽能(neng)吸熱器(qi)收(shou)集的熱量通(tong)過傳(chuan)熱介(jie)質從(cong)上至下流至罐中(zhong)與膠(jiao)囊(nang)換熱后冷(leng)卻。反之，需要使用膠(jiao)囊(nang)中(zhong)儲存的熱量時，傳(chuan)熱介(jie)質則(ze)采用從(cong)下到上的換熱路線。最終通(tong)過此技術可(ke)以(yi)實現單罐體取代雙罐以(yi)及換熱器(qi)，從(cong)而實現降低(di)成本與提高效率的目的。

　　另一方面，由于單位(wei)體(ti)積(ji)熔鹽的表面積(ji)增大，因此換熱(re)面積(ji)也(ye)得到(dao)擴大，這也(ye)是該技術實現成本下降和(he)效(xiao)率提高的原因之一。Mathur透(tou)露(lu)：“三種鹽的混合使用可使超(chao)過93％的相變熱(re)被有效(xiao)儲存(cun)并(bing)保持恒定的溫度為發電系統供能。”

　　或與超臨界CO2等熱氣體介質聯合測試

　　據悉，在阿(a)貢國家(jia)實驗室將要進行的(de)測(ce)試(shi)中，將采用(yong)熱(re)空(kong)氣介質而(er)非(fei)蒸汽，并且將只使用(yong)一種鹽：氯(lv)(lv)化(hua)(hua)鈉(na)（食鹽）或(huo)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)鎂。同時，科學家(jia)還(huan)會利用(yong)空(kong)氣或(huo)氦氣驅動的(de)斯特林發動機和布雷頓(dun)循環系(xi)統進行試(shi)驗，運(yun)行溫(wen)(wen)度可達800°C以上，這個溫(wen)(wen)度將遠(yuan)遠(yuan)高(gao)于目前一般(ban)商業化(hua)(hua)光熱(re)電站的(de)運(yun)行溫(wen)(wen)度。

　　因為測試(shi)條件為超(chao)高溫高壓，因此(ci)該(gai)測試(shi)也(ye)將適(shi)用于(yu)超(chao)臨界二氧化碳技術。

　　Mathur表示(shi)：“使用熱空氣的(de)好處是，如果熱空氣在測試中行的(de)通，那么(me)超二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)也會行的(de)通。超臨(lin)界(jie)二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)是一(yi)種(zhong)類似空氣的(de)氣體，但(dan)承壓(ya)程度有別于(yu)空氣。如果這些涂(tu)層(ceng)足以抵抗熱空氣的(de)外力，那么(me)它們也應該能夠承受住(zhu)超臨(lin)界(jie)二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)的(de)壓(ya)力。”

　　斯特林光熱發電技術的福音？

　　目前，采用(yong)斯(si)特林發(fa)動(dong)機和布雷頓(dun)循環(huan)技(ji)術的光熱(re)電(dian)(dian)站并(bing)非主流，因為從發(fa)電(dian)(dian)效率角度看其與(yu)塔式(shi)電(dian)(dian)站相(xiang)比優勢(shi)不明顯，從穩定(ding)性(xing)角度看則跟槽式(shi)存在一定(ding)差距。

　　但是，碟式斯特林光熱發電(dian)(dian)系統或布雷(lei)頓循(xun)環微(wei)型塔式電(dian)(dian)站可(ke)以以較(jiao)低的(de)成(cheng)(cheng)本實(shi)現高達(da)32％的(de)光電(dian)(dian)轉(zhuan)化效率。與光伏一樣，它們也可(ke)以實(shi)現分布式和模(mo)塊(kuai)化，并在較(jiao)小規模(mo)范(fan)圍(wei)內產生成(cheng)(cheng)本效益。但相比槽式和塔式電(dian)(dian)站，其主要缺陷是目(mu)前還(huan)沒有(you)非(fei)常可(ke)行(xing)并具有(you)較(jiao)高經濟性(xing)的(de)配套儲能方(fang)案。

　　但(dan)是，通過采用(yong)Terrafore公司上述膠囊(nang)式相變(bian)熔鹽(yan)儲熱技術的單(dan)罐(guan)儲熱系統或可改變(bian)這種不利局面(mian)。

　　與光伏類(lei)似(si)，碟式(shi)(shi)斯(si)特林(lin)發(fa)(fa)(fa)電系(xi)統可以直(zhi)接發(fa)(fa)(fa)電，比較適合(he)模塊化應用。目(mu)前，Mathur正在研究單機(ji)15KW的(de)斯(si)特林(lin)發(fa)(fa)(fa)電系(xi)統結合(he)膠囊(nang)式(shi)(shi)相(xiang)變熔鹽單罐儲(chu)熱系(xi)統的(de)綜(zong)合(he)系(xi)統應用于島(dao)嶼和農村的(de)小(xiao)型高效模塊化離網系(xi)統的(de)市場前景，這種(zhong)極(ji)具經(jing)濟性(xing)的(de)膠囊(nang)式(shi)(shi)相(xiang)變熔鹽單罐儲(chu)熱系(xi)統將可使整(zheng)體系(xi)統實(shi)現穩定電力輸出。

　　據Mathur透露，目(mu)前該(gai)司已(yi)成功將工作(zuo)溫(wen)度(du)在370℃至800℃甚至更(geng)高一些的(de)熔鹽產品應用于(yu)其創新型膠(jiao)囊相變(bian)熔鹽儲熱技術。

　　而(er)且，這種(zhong)創(chuang)新型(xing)膠(jiao)囊相變熔(rong)(rong)鹽儲(chu)熱技術(shu)將不僅(jin)僅(jin)適(shi)用(yong)(yong)(yong)于超(chao)(chao)臨界二氧(yang)化碳系(xi)統(tong)或(huo)斯特林發電(dian)系(xi)統(tong)。Mathur表示，這種(zhong)新技術(shu)也可(ke)以適(shi)用(yong)(yong)(yong)于槽(cao)式(shi)光熱電(dian)站(zhan)并(bing)能有效(xiao)降(jiang)低投資(zi)成(cheng)本并(bing)提高發電(dian)效(xiao)率(lv)。對(dui)此Mathur解釋道：“不同(tong)種(zhong)類(lei)的(de)(de)鹽都適(shi)用(yong)(yong)(yong)我們(men)的(de)(de)技術(shu)，采用(yong)(yong)(yong)熔(rong)(rong)點為650°C左(zuo)右的(de)(de)鹽可(ke)以用(yong)(yong)(yong)于使(shi)用(yong)(yong)(yong)超(chao)(chao)臨界CO2循(xun)環系(xi)統(tong)的(de)(de)新一(yi)代光熱電(dian)站(zhan)，而(er)熔(rong)(rong)點低一(yi)些的(de)(de)鹽則可(ke)以用(yong)(yong)(yong)于目前(qian)主流(liu)的(de)(de)塔(ta)式(shi)和槽(cao)式(shi)電(dian)站(zhan)，而(er)且該技術(shu)的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)可(ke)以讓單罐設(she)計取(qu)代常(chang)規的(de)(de)雙罐儲(chu)熱系(xi)統(tong)。”

附：英文原文鏈接：