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CSPPLAZA光熱發電網訊：據外媒(mei)報道，為提高(gao)塔(ta)式光熱(re)(re)電站的整體(ti)效率和(he)降低成(cheng)本，來自(zi)弗勞恩霍(huo)夫(fu)太(tai)陽能系統(tong)研(yan)究所(Fraunhofer ISE)的科學家們近期提出了一種全新(xin)(xin)的塔(ta)式光熱(re)(re)發電技術方(fang)案——由新(xin)(xin)型傳熱(re)(re)介(jie)質(zhi)、空氣墻、新(xin)(xin)型定(ding)日(ri)鏡組成(cheng)的新(xin)(xin)型聚光集熱(re)(re)系統(tong)。

突破傳統熔鹽600℃運行溫度上限

一般來說，光熱發(fa)電系(xi)統(tong)的工作溫度(du)越高，電站工作效(xiao)率也越高。

目前塔式光熱電站(zhan)常(chang)用(yong)的(de)傳熱介質是熔鹽，但(dan)使用(yong)熔鹽作為傳熱介質的(de)缺(que)點是其只能(neng)在600℃以下的(de)溫度使用(yong)，如果溫度升高到600℃以上(shang)熔鹽就會分解。

為此(ci)，Fraunhofer ISE位于弗萊堡的(de)研究人(ren)員使用了(le)一種由(you)固體組成(cheng)的(de)傳熱(re)介質，其工作(zuo)溫度可(ke)以(yi)達到1000℃以(yi)上。

如上圖，太陽能(neng)接收器像(xiang)轉盤一樣移(yi)動的(de)同時把搜集到(dao)的(de)熱(re)量(liang)傳遞給(gei)上述固體(ti)傳熱(re)介(jie)質——由來自(zi)薩爾州Sulzbach的(de)儲能(neng)制造(zao)商Kraftblock開發的(de)新型陶瓷接收器元件。

這(zhe)種元(yuan)件具有耐熱性，并可儲存大量的(de)熱量。此外，它們是(shi)用(yong)回收材(cai)料以環保的(de)方(fang)式生產的(de)，成本方(fang)面將比熔鹽(yan)大幅(fu)降低。

據悉，為了充分掌握(wo)材料在(zai)高太陽輻射條(tiao)件下(xia)(xia)的(de)(de)特性，研究人員已(yi)對(dui)該陶瓷材料進行(xing)了大(da)量的(de)(de)測試。Fraunhofer ISE聚(ju)光(guang)系(xi)統&技(ji)術負責人Gregor Bern表示：“下(xia)(xia)一個目(mu)標是進一步開發可(ke)匹配(pei)新型傳熱介質(zhi)的(de)(de)接收器的(de)(de)材料，使能量在(zai)系(xi)統內可(ke)以(yi)傳導得(de)更(geng)深。”

空氣墻技術可降低接收器30%輻射熱損失

研究人員的(de)另一個重要創新(xin)是針對(dui)塔式光熱電站的(de)輻射熱損失問題(ti)引入了(le)空(kong)氣墻技(ji)術。

在高溫以(yi)及陽(yang)光輻(fu)射能(neng)比較集中的(de)(de)(de)情況下，吸熱(re)(re)塔效率(lv)往(wang)往(wang)會降低。因為接(jie)收器周圍的(de)(de)(de)空(kong)(kong)氣溫度可達600℃以(yi)上，而(er)吸熱(re)(re)器周圍的(de)(de)(de)空(kong)(kong)氣溫度通常(chang)在30-40℃的(de)(de)(de)范圍內。當較冷的(de)(de)(de)空(kong)(kong)氣經過接(jie)收器時會帶走一(yi)部(bu)分熱(re)(re)量，這部(bu)分熱(re)(re)量就(jiu)是不能(neng)用于發電的(de)(de)(de)損(sun)失熱(re)(re)能(neng)。

為(wei)此研究人員想辦法分離(li)不同的空(kong)氣層(ceng)(ceng)。首先考慮的是(shi)(shi)使用石英玻璃制成的窗戶來(lai)分隔空(kong)氣層(ceng)(ceng)，但是(shi)(shi)尺寸方面很難匹配(pei)。

隨后，研(yan)究人員開始了空氣墻測試——通過在接收器(qi)開口處配置(zhi)強大的噴嘴來形(xing)成(cheng)空氣墻，以使接收器(qi)周圍的空氣與環境空氣實現分離。

來自Fraunhofer ISE項目團(tuan)隊的研究助理Moritz Bitterling對此表示，該技(ji)術以前從(cong)未在發電廠(chang)領域得到過論(lun)證。

但弗賴堡(bao)的(de)研(yan)究人員改變了這一(yi)現狀(zhuang)。他(ta)們建立了一(yi)個(ge)具有一(yi)定規模(mo)的(de)測(ce)試站，并為其配備(bei)了大(da)約50個(ge)溫度傳感器(qi)，同時他(ta)們使用(yong)配置加熱元件的(de)600℃高溫接收器(qi)進行了模(mo)擬測(ce)試。

針(zhen)對(dui)該(gai)項目，Fraunhofer ISE工業合作伙(huo)伴Luftwandtechnik專(zhuan)門設計(ji)了一種可用于(yu)高(gao)溫(wen)應用的空氣墻(qiang)系統，并將其安裝(zhuang)在了試驗臺上(shang)。

通過這項測試(shi)，研究人(ren)員能(neng)(neng)夠測量出(chu)有無空(kong)氣(qi)墻兩種(zhong)不同狀態下的(de)輻射損失(shi)以(yi)及(ji)達(da)到(dao)600℃所需的(de)加熱功率。此外，在測試(shi)站還能(neng)(neng)夠測試(shi)如(ru)何(he)優化(hua)設計空(kong)氣(qi)壁(bi)噴嘴的(de)角(jiao)度和空(kong)氣(qi)的(de)出(chu)口速度等(deng)操作(zuo)參數。

測試(shi)結果顯示(shi)：通過(guo)優化(hua)相關操(cao)作參數(shu)設(she)置之后，接收器因熱輻射而產生(sheng)的(de)熱損失(shi)可(ke)以減少30%左右。

采用Stellio五邊形定日鏡

除了上(shang)述(shu)創新，弗賴(lai)堡的(de)研究人(ren)員還與SBP Sonne一起對Stellio定(ding)日(ri)鏡進(jin)行進(jin)一步測試，希望通過優化塔架設(she)計(ji)來降低(di)定(ding)日(ri)鏡系(xi)統的(de)成本。

圖：Stellio巨蜥式定(ding)日鏡(jing)【注：Stellio定(ding)日鏡(jing)采用獨特的(de)五邊形(xing)設(she)計，其由SBP Sonn（主導），Ingemetal Solar和Masermic Mechatronics三家單位聯合開發，目前(qian)已成(cheng)功應用于中國(guo)哈密50MW塔式光熱電站等商(shang)業化項目。】

圖(tu)：哈密(mi)50兆瓦(wa)熔(rong)鹽塔式光熱(re)電站

Fraunhofer ISE在(zai)該聯合項目中(zhong)將通過(guo)3D激光掃描測量定日鏡(jing)，并在(zai)現場測試定日鏡(jing)的(de)快速測量程序(xu)。到目前為止，弗(fu)賴(lai)堡的(de)研究人員(yuan)已(yi)經在(zai)實(shi)驗室中(zhong)對鏡(jing)面(mian)進(jin)行了(le)偏轉測量，以(yi)分析它們(men)在(zai)特(te)定載荷下(xia)是如(ru)何變形(xing)的(de)。

按照研究人員(yuan)的(de)(de)設(she)想，未來固態熱(re)載體、太陽(yang)能輻射(she)接收器(qi)和(he)(he)存儲(chu)材料(liao)以(yi)及優(you)化的(de)(de)Stellio定(ding)日鏡將(jiang)被組合成(cheng)一(yi)個整體并可以(yi)集成(cheng)在光(guang)熱(re)發(fa)電(dian)系統中(zhong)，以(yi)便(bian)降(jiang)低建造(zao)此(ci)類發(fa)電(dian)站的(de)(de)成(cheng)本。如(ru)此(ci)設(she)計之后(hou)，系統可有效避(bi)免傳(chuan)統管狀接收器(qi)典型的(de)(de)傳(chuan)熱(re)損失和(he)(he)傳(chuan)熱(re)介質流動(dong)的(de)(de)限制，即(ji)使在太陽(yang)輻射(she)出現波動(dong)的(de)(de)情況下也能保(bao)持(chi)較高溫度，從而降(jiang)低發(fa)電(dian)成(cheng)本。

此外，為了模擬整個(ge)系統(tong)，Fraunhofer ISE研究人員還研究了哪種發電(dian)廠工藝最適合耦合單個(ge)新(xin)開發的部件，以及如(ru)何(he)將熱量(liang)從固體傳(chuan)熱介質(zhi)傳(chuan)遞到汽輪(lun)機(ji)發電(dian)系統(tong)等基礎工藝。

附(fu)英文原文鏈接：//helioscsp.com/fraunhofer-ise-develops-new-concept-for-concentrated-solar-power-tower-power-plants/