美研发高能量密度储热系统以提高塔式光热电站效率

在得到美国能源部最近一次的资金支持后，美国南方研究院计划到2017年10月利用其高温储热技术建成一座装机1MWth的新型储热示范项目。

据悉，上述由阿拉巴马州研究人员负责开发的研发项目只是美国能源部在今年9月份实施SunShot计划拨款3200万美元支持的14个研究项目之一。SunShot计划希望通过支持该项目来找到解决光热电站子系统瓶颈的办法，进一步降低发电成本。

图：美国SunShot计划制定的光热发电成本下降目标

SolarReserve公司收到200万美元的拨款支持来研发基于超临界二氧化碳循环的储热系统，精制和定制的加强型氧化钙在平行板换热器中可进行可逆的碳化反应。

负责该项目的SolarReserve公司首席研究员SantoshGangwal表示，该系统可应用于塔式光热发电项目，相比目前的技术储热能量密度可以有明显提高。

Gangwal说：“我们的研发项目基于一种非常干净且简单的反应原理，没有复杂的副反应。本项目的关键就在于反应物结构的完整性，除了氧化钙，还有其它一些添加成分，共同保证反应物整体架构的完整和稳定性。”

据Gangwal介绍，因为该系统的能量密度很高，所以相比熔盐系统体积会小得多，同样的储热容量体积只有熔盐储热系统六分之一大小。

目前光热电站所使用的汽轮机和常规热发电站一样，是一项相对比较成熟的技术，但因为系统运行温度一般在480℃以内，所以系统效率会因此受到限制。而SolarReserve公司的新型储热系统已经完成了实验室认证，系统运行温度可达750℃左右。

据Gangwal介绍，通过使用超临界二氧化碳循环，系统热电转换效率可以提高到50%左右，相比常规蒸汽循环的效率可提高10%左右。

据悉，SolarReserve公司所研发的储热系统所使用的吸附剂材料来源于一种低成本的原料，该公司研究人员相信，他们的储热系统可以储热成本降低到13美元-15/KWth，完全可以满足美国能源部SunShot规划的到2020储热成本下至15美元/KWth的目标。

多方研究高温热处理系统

目前，在SunShot计划的支持下，几乎所有参与美国光热发电项目的光热企业都在开发与高温系统相关的各种组成元素。

例如，西班牙Abengoa正在投资研发和优化可满足高温传热介质使用的集热器，而SolarReserve也在投资开发运行温度可达750℃的陶瓷集热器。

SolarReserve项目联合首席研究员TimHansen表示：“现在关于超临界二氧化碳运行系统的各个组成元素都有企业在研究，只是研究阶段不同罢了，但最终都将走向示范。我们的存储组件其中一个组成元素，热交换器是一项，成套电站设备也是一项，但关键是这些不同的组成元素的研发工作如何进入下一个阶段，如何将它们集成到未来的电厂。”

此外，这些研究项目的开展也将为一系列相关企业提供成长机会，包括吸附剂制造商，传储热设备制造商，热交换器供应商和高压泵供应商。

努力实现商业化

到2016年10月,SolarReserve将扩大其示范项目规模，需要与实验室系统一样的吸附剂材料一吨以上。

SolarReserve能源和环境副总裁BillGrieco表示：“我们正在与吸附剂制造商和提供商一起交流，希望能够扩大符合我们需要的专属吸附剂的产量。技术和商业化发展的一个重要部分是要能够驱动制造商和供应商开发基础设施，以满足相关部件和材料的生产和供应。”

据悉，Solar Reserve计划到2017年10月建设完成一座1MWth的存储系统,同时装机10-50MW的商业化演示项目的建设计划也在合作谈判中。

经Solar Reserve方面介绍，针对其储热系统的商业化部署计划安排到了2021年，Abengoa、Solar Reserve和Masdar等塔式光热电站开发商都是该技术商业化推广的合作候选人，有望通过技术参与或授权许可等形式达成合作。

Abengoa美国公司总经理FredRedell表示：“按照精心策划的示范计划,该技术有望很快实现商业化。如果这项新技术成功的话,不仅比目前储热系统更便宜，而且还可以把更高效的超临界二氧化碳循环应用到光热系统,从而可以进一步削减光热发电的成本。”

来自Solar Reserve的Grieco表示,研究小组将会仔细考虑并选择出该技术走向商业化的最佳路径。他说：“未来几年我们的主要任务是确定该技术该如何更好地实现商业化，同时美国政府提供的强有力的资金也是对我们的极大支持。”