太陽能熱發電儲熱技術的路徑選擇
發布者：本網記者Crystal Jason | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 9503查看 | 2013-02-02 13:34:00
CSPPLAZA光熱發電網報道：NREL和美國光熱發電產業聯盟此前發布了儲熱對光熱發電的價值的相關研究報告，以表明儲熱對光熱電站的意義重大，這一點已經得到業內的廣泛認同，儲熱可以幫助光熱發電實現可持續穩定發電，并降低光熱發電的LCOE，使光熱發電有望成為與傳統火電相抗衡的基荷能源。但問題是，未來的光熱電站應該配置何種類型的儲熱系統呢？答案目前還比較難以確定。
圖：Gemasolar 電站的巨型熔鹽罐
當前應用較多、較成熟的儲熱技術當推熔鹽儲熱。同時，多種不同類型的儲熱技術正處于研發和小型化示范階段，其目標均是為了降低成本，提高光熱發電的運行性能。如包括蒸汽儲熱、混凝土儲熱、溫躍層或其他化學物質儲熱等多種技術路線。美國能源部先進能源研發署(ARPA-E)通過“高能先進儲熱項目(HEATS)”的實施專注于儲熱技術的創新型研發應用，意圖開發出革命性的低成本儲熱技術。同時，全球致力于光熱發電技術研發的各大企業、科研院所，也有不少在專注于儲熱技術的創新性研發。
1995年，世界上首個塔式熔鹽儲熱電站Solar2在Solar One的基礎上改建完成，雖然Solar2在2009年再度改建，但其成功地驗證了在塔式光熱發電系統中使用熔鹽儲熱以進行持續發電的技術可行性。在此基礎上，西班牙20MW的Gemasolar光熱電站成功進行了熔鹽傳熱儲熱技術的大規模商業化應用，實現了24小時可持續發電。
目前，美國SolarReserve公司作為塔式熔鹽傳熱儲熱技術的堅定支持者，正在建設110MW的新月沙丘光熱電站，其將配置11小時的儲熱系統，有望在理想天氣環境下實現24小時可持續供電。與目前已經投運的Gemasolar光熱電站的技術路線大致一樣。
西班牙阿本戈公司于2007年建成了世界上第一座商業化塔式電站——11MW的PS10電站，該電站采用的儲熱裝置為高壓蒸汽，儲存熱量可供電站運行一個小時。在南非此前開標的50MW的Khi Solar One塔式電站中，阿本戈負責開發，同樣將采用高壓蒸汽儲熱，以實現3小時的儲熱量。另外，阿本戈目前正在建設的美國280MW的Solana槽式電站和南非100MW的Kaxu Solar One槽式電站均將配置儲熱系統。
美國BrightSource公司正在建設的Ivanpah光熱電站則為DSG電站，沒有配置儲熱系統，但該公司宣稱將在未來開發帶儲熱的塔式電站。BrightSource的儲熱技術同樣使用熔鹽作為儲熱介質。但該公司因堅持走DSG路線，則需通過過熱蒸汽與熔鹽進行二次換熱以達到儲熱目的。業內對其走的這種儲熱路線褒貶不一，BrightSource尚需要實際項目驗證其技術和經濟可行性。
其他的儲熱技術也在開發之中，如澳大利亞3MW的Lake Cargelligo示范項目，采用高純度石墨傳熱儲熱，更具特點的是，其將這種石墨制成的熱量接收器和蒸汽發生器、儲熱系統融為一體，雖然降低了系統的投資成本，實際運行效果卻并不理想，但其依然是對塔式儲熱系統的有益驗證。
世界上首個商業化槽式光熱電站SEGS I光熱電站采用的雙罐儲熱最開始以一種礦物油為儲熱介質，同時也為傳熱介質。但該儲熱系統在1999年遭火災破壞后即未能修復。此后其將儲熱系統廢棄，換用當前常用的導熱油作為傳熱介質。
儲熱技術的應用伴隨著光熱發電產業的發展而發展，從歷史的發展來看，儲熱系統的應用經歷了諸多坎坷，曾發生過熔鹽儲熱罐整體凝固而報廢的極端事故。每種技術都有一些缺陷，我們當前或許還未能找到一種完美的儲熱解決方案。但可以確定的是，采用儲熱技術是光熱發電可以與其他可再生能源抗衡的一大優勢。因此，我們仍需堅持儲熱技術的研發和應用。
總的來看，在槽式電站中，應用最多的即熔鹽雙罐儲熱。目前對革新路線獲認同較多的是將熔鹽作為傳熱儲熱介質應用于槽式電站，以提高槽式電站的運行溫度，降低系統投資。ENEL在意大利建設的Archimede電站對此進行了示范。 未來，應有更多此種類型的槽式電站得以建設。
塔式電站的儲熱技術路線也存在爭議，目前還有待如BrightSource等開發商的儲熱型電站投運，我們才可以據此推算究竟哪種塔式儲熱技術更具經濟效益和應用價值。
菲涅爾電站的儲熱路線更難確定，阿海琺太陽能此前已經和桑迪亞實驗室合作示范了一個菲涅爾的儲熱系統回路，采用熔鹽作傳熱和儲熱介質。由于菲涅爾電站多采用水工質方案，對其儲熱系統的開發可能會面臨更多困難。
雖然我們一致認同儲熱的價值，但儲熱的經濟性到底如何，目前還很難得到確切的數據。大多數公司對此都拒絕公開其實際數據，以至于我們無法測算儲熱系統在其整個生命周期內的實際投資成本和其對光熱電站帶來的經濟效益。雖然某些研究報告中對此也做過一些理論上的推算，但其與實際項目中存在多少偏差還有待驗證。
熔鹽儲熱（因傳熱介質不同又可分多種類型）、高壓蒸汽儲熱、混凝土儲熱、石墨儲熱等等多種類型的儲熱方式尚在進一步發展之中。未來，更多的儲熱技術在實際電站中有了實際應用之后，我們才可以拿到更多的對比數據來考量，究竟哪種儲熱方式更具運行效率和成本效益。
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