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固態混凝土儲熱將引領儲熱技術革新？

發布者：本網記者Crystal | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 2評論 | 18448查看 | 2015-02-25 14:31:00

　　CSPPLAZA光熱發電網報道：光熱發電相對光伏的核心競爭優勢即其可通過儲熱系統實現可調電力輸出，而在電力存儲技術迅速發展的當下，光熱儲熱技術也亟需迎來變革，特別是在成本經濟性上要獲得更大程度的發展，方能保持光熱發電技術的長期競爭力。

　　目前最為成熟和應用最為廣泛的儲熱技術即熔鹽儲熱。該項技術早于1995年在美國的Solar Two塔式示范電站上進行了示范應用，并在2009年西班牙裝機50MW的Andasol1槽式電站上進行了首次成功的商業化應用，自此開啟了熔鹽儲熱的商業化之門。

　　TSK Flagsol的技術和創新總監Mark Schmitz表示(shi)，“目前采(cai)用熔鹽(yan)儲熱(re)技術的(de)(de)光熱(re)電(dian)站(zhan)在全球已有10多座(zuo)建成在運行，其中(zhong)多為槽式(shi)電(dian)站(zhan)，另包括(kuo)Gemasolar這(zhe)座(zuo)塔式(shi)熔鹽(yan)光熱(re)電(dian)站(zhan)。粗略估計，這(zhe)些電(dian)站(zhan)的(de)(de)總儲熱(re)能(neng)(neng)力每天(tian)晚上足夠滿足輸出5700MWh的(de)(de)太(tai)陽能(neng)(neng)電(dian)力。”

　　Mark Schmitz認為，“熔(rong)鹽儲熱技術是已被(bei)驗證的(de)、具有(you)(you)較好(hao)銀行可融資(zi)性的(de)技術，目(mu)前有(you)(you)很多研究認為直(zhi)接采用(yong)(yong)熔(rong)鹽作為吸熱傳熱工質(zhi)是熔(rong)鹽技術的(de)應(ying)用(yong)(yong)趨勢，這可以為熔(rong)鹽技術帶來(lai)更(geng)好(hao)的(de)應(ying)用(yong)(yong)優勢，如提高(gao)了熔(rong)鹽的(de)工作溫度(du)，有(you)(you)利于光熱電站整體經濟性的(de)提升。”

　　熔(rong)鹽(yan)技術在(zai)光熱發電行業的(de)(de)應(ying)用和發展至今已有(you)數十年的(de)(de)時間，雖(sui)然其技術仍在(zai)發展之中(zhong)，但熔(rong)鹽(yan)技術固有(you)的(de)(de)缺陷看起來比較難以(yi)克(ke)服，如有(you)成熟應(ying)用的(de)(de)二元太陽鹽(yan)的(de)(de)凝固點過(guo)高，導致其寄生性能(neng)源消耗過(guo)高；熔(rong)鹽(yan)的(de)(de)腐蝕(shi)性對熔(rong)鹽(yan)系統的(de)(de)設(she)備(bei)材料(liao)要求較高，導致系統投資成本較高等。

　　目前，熔(rong)鹽(yan)(yan)技術(shu)的擁躉們正(zheng)從(cong)兩(liang)(liang)個方(fang)面(mian)(mian)(mian)發(fa)力來尋求更大的突破，一方(fang)面(mian)(mian)(mian)即(ji)革(ge)新熔(rong)鹽(yan)(yan)的成分配比，采(cai)用(yong)低熔(rong)點熔(rong)鹽(yan)(yan)等，另一方(fang)面(mian)(mian)(mian)即(ji)推進(jin)熔(rong)鹽(yan)(yan)工(gong)質直接(jie)吸(xi)熱傳熱技術(shu)的研發(fa)。目前在這兩(liang)(liang)個層面(mian)(mian)(mian)的推進(jin)工(gong)作都較為(wei)艱難。

　　事實(shi)上，熱(re)量的存儲(chu)有多(duo)種技術(shu)路(lu)線(xian)，熔鹽儲(chu)熱(re)技術(shu)只是目前為(wei)止最具商業(ye)化實(shi)用價值(zhi)的技術(shu)，如(ru)混凝土儲(chu)熱(re)、沙子儲(chu)熱(re)等技術(shu)也表(biao)現(xian)出了一定的應用潛(qian)力(li)。

　　挪威NEST能源(yuan)公司認為其(qi)(qi)開(kai)發的Heatcrete專利混凝土儲熱(re)技術就(jiu)比其(qi)(qi)它(ta)儲熱(re)技術包括目前(qian)已(yi)十分成熟的熔鹽儲熱(re)技術更具(ju)競爭力(li)。Juan Barragan是NEST公司(si)的(de)儲(chu)(chu)熱(re)系(xi)統(tong)高級工程師，擁有(you)理學(xue)(xue)(xue)工程學(xue)(xue)(xue)位(wei)，在(zai)特種化(hua)學(xue)(xue)(xue)工程領域(yu)有(you)專業(ye)研究。他表示(shi)，“在(zai)NEST公司(si)，我們開發(fa)了一種新的(de)低成(cheng)本高效(xiao)儲(chu)(chu)熱(re)技術，這種多功(gong)能固態儲(chu)(chu)熱(re)系(xi)統(tong)適用于光熱(re)發(fa)電和(he)其它應用領域(yu)。這種儲(chu)(chu)熱(re)介質是與(yu)海(hai)德(de)堡(bao)水泥集團（Heidelberg Cement）合(he)作開發(fa)的(de)，儲(chu)(chu)熱(re)系(xi)統(tong)由數(shu)量(liang)不等的(de)獨(du)立單元聯接而成(cheng)。”

圖：常規導(dao)熱(re)油傳熱(re)槽式電站(zhan)中應(ying)用(yong)NEST儲熱(re)技術

圖：DSG電站中(zhong)應用(yong)NEST儲(chu)熱技(ji)術(shu)（PCM為(wei)相變儲(chu)熱材料）

　　水或其它傳熱介質吸收太陽能熱量后在Heatcrete儲熱系統單元中流動，傳遞大部分熱能存儲起來并在放能時間段內釋放。這是一種高效低成本的、簡單的、完全模塊化的、可規模化擴展的系統，適于商業化應用級別的規模范圍從幾MWHth到數GWHth不等。相較于目前已廣泛應用的成熟的熔鹽儲熱技術，NEST儲熱技術具有更好的成本經濟效益，特別是對于MWHth規模的應用而言更為適用。

　　其適用的儲熱工作溫度范圍從零下到零上600多攝氏度，如此廣的溫度區間使得傳熱工質的選擇更為多樣，如采用水蒸氣或其它新型工質均可。同時有助于其實現更多附加增益，如增大系統發電效率，降低寄生性能源消耗，工質無凝固風險，系統整體運行更為穩定可靠等。

　　在成本經濟效益方面，NEST儲熱技術相對熔鹽儲熱技術的系統投資成本即CAPEX更低，這主要得益于其簡單化和模塊化的設計。基本上，一個個相同的儲熱單元可以在經過聯接后達到預期的儲熱能力，避免了過多的外部循環，可由此節約一大部分投資額。基于其固體儲熱工質，無防凝必要，NEST解決方案所采用的電伴熱或輔助加熱系統也微不足道，相對熔鹽儲熱可節約大量投資。

　　同樣建設一個儲熱系統，NEST儲熱方案相對其它儲熱方案也更具競爭力，這是因為NEST儲熱系統采用的大部分的儲熱系統設備和組件均可本土采購，絕大部分是鋼材和混凝土材料，這在全球絕大多數地區都十分常見易取。

　　另外，NEST儲熱系統有更低的運維成本即OPEX，因為來自于寄生性負載的消耗更低，自耗電很低。基于這個原因，在待機模式下，其寄生消耗幾乎可以忽略不計。同樣值得指出的是，儲熱系統建設幾乎所有的組件在建設太陽能熱發電站時都會用到(dao)，如建筑(zhu)材料、基礎設(she)施和閥(fa)門等，這也大大降低了備件(jian)庫存廠房(fang)的(de)建設(she)和運維團隊的(de)培訓投資。

　　Heatcrete儲熱工質在研發時就定位于免維護。這種特殊的混凝土材料已經被證明是一種可靠的材料，在建筑行業可以經受數百萬次的應力循環。在儲熱領域，Heatcrete系統在其30余年的運行期內一般每天進行一次循環，總計將經受超過一萬次熱應力循環，事實上相對其自身屬性，這種熱循環疲勞程度是較輕的，因此其理論上的使用壽命要比光熱電站一般的30年壽命更長。該儲熱系統所需的焊接鋼材在維護方面也十分簡便，系統維護的焦點集中于儲熱系統和太陽島的聯接環節。這與其它常規的儲熱系統有很大不同，在維護方面要簡便很多。

　　運行該系統的方法類似于運行常規太陽能電站其它附屬系統，所有的設備和組件在運行期的管理維護都與電站安裝的其它設備和組件類似。因此，能夠運行常規太陽能電站的技術人員可以在經過簡單培訓后即可正式上崗，需要區別的是其工質的傳輸會有所不同。

　　Heatcrete儲熱系統的設計十分靈活和強大，這種儲熱系統的關停所需的時間也是很少的，相對而言，熔鹽儲熱系統在關停時所耗費的時間較長，這也是由于其系統較為復雜，熔鹽工質的流動工況也較為復雜，如熔鹽的腐蝕、泄露等問題需要重點考慮。

　　NEST系統的安裝調試及初次啟動比熔鹽系統更為簡單，工質的預熱在額外的預熱單元中進行，這是十分重要的流程，對任何儲熱系統而言都是如此，但相對熔鹽系統的預熱，熔鹽的化鹽過程的操作難度會更大一些。

　　對于儲熱系統的運行，NEST儲熱解決方案與熔鹽儲熱技術相較有不同的運行性能表現，主要的不同在于Heatcrete儲熱系統在放熱時的出口溫度將會減小，在吸熱時的進口溫度將會增加，而熔鹽儲熱系統的進出口溫度都是基本恒定的常量。這一固有的屬性使得采用NEST儲熱系統的汽輪機電力輸出要小于熔鹽儲熱系統，但如果考慮光熱電站總的凈電力輸出，即減去寄生性電力消耗的話，NEST儲熱系統會有更好的表現。同時，由于NEST儲熱系統變化性的汽輪機輸出曲線，在一定時間段內其汽輪機運行表現要好于熔鹽儲熱系統，因此可以在放熱時的前幾個小時內，在PPA分時電價較高的時間段內輸出，以對項目的整體經濟性進行優化。

　　NEST對一個儲熱量為100MWhth的槽式導熱油系統的模擬分析表明，采用NEST儲熱系統，預計年增加電力輸出5GWhe。但考量哪種儲熱技術才是最優的儲熱技術是一項較為復雜的工作，需要從多個不同的層面予以分析，但Juan Barragan認為，綜(zong)合(he)來(lai)看，NEST的(de)儲熱(re)技術(shu)是最(zui)具(ju)競爭性(xing)的(de)替代性(xing)儲熱(re)技術(shu)。

附件：了解更多NEST儲熱技術的介紹請下載：NEST.pdf；或可登陸。

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