太阳能热发电厂吸收太阳能来产生热量,西门子公司正在研究提高光热技术,以使热蒸汽温度较目前水平提高160℃。此方案是将利用熔盐作为热存储物质,该技术已经为很多工厂采用以保存多余的热量。如果该技术被证明可行,将使工厂热蒸汽温度达到540℃,这是蒸汽涡轮机可承受的最大温度。
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太阳能热发电厂吸收太阳能来产生热量,西门子公司正在研究提高光热技术,以使热蒸汽温度较目前水平提高160℃。此方案是将利用熔盐作为热存储物质,该技术已经为很多工厂采用以保存多余的热量。如果该技术被证明可行,将使工厂热蒸汽温度达到540℃,这是蒸汽涡轮机可承受的最大温度。
西门子新的光热工厂设计,同目前运行的大多数太阳能发电厂一样,通过槽状抛物反射镜面阵列(trough-shaped rows of parabolic mirrors)将光聚集到钢集热管,这种设计的唯一缺点是,当温度达到设计上限温度390℃时,用于吸收存储热量到中央发电机的合成油会分解。
BrightSource,eSolar,和SolarReserve公司提议建立中央塔工厂(power tower plants),利用升级的槽设计将光聚集到中央塔,以此来解决合成油温度限制问题。但是西门子希望能够通过更好的槽设计,同时利用热稳定的熔盐来吸收热量。这一设计不仅会比目前的工厂更加高效,而且建造成本降低。“下一步只需要将油换成盐”,西门子熔盐技术项目经理Peter Mürau说。
德国的工程大鳄将成为第二个将熔盐注入太阳能集热管的公司。去年夏天,意大利设备Enel开始在3000平方米的工厂注入熔盐,该工厂在西西里岛锡拉库扎市燃气电厂的附近。在5.4千米的集热管中熔盐的温度达到565℃,将发电能力提高5%。
Enel工厂用集热管来自阿基米德太阳能(Archimede Solar Energy),这是唯一一家用于熔盐设计的集热管制造者。其集热管采用热稳定性极好的金属陶瓷,高温下耐弯曲性能同较厚的钛稳定的钢管相同。阿基米德的业务发展总监Paolo Martini表示工厂运行良好。Enel计划在西西里岛建立30兆瓦工厂。
从2009年起,西门子已经陆续收购了阿基米德45%的股份,但西门子更倾向于建立试验性规模的工厂来使熔盐理念更加优化和成熟,然后再将此技术推广到全球的客户。“我们相信此项技术是可行的,但是商业化仍然有很多工作需要去做去完善。” Mürau说。
西门子正在葡萄牙埃武拉大学建熔盐试验基地。该基地将在明年初开始运行。该工厂(作为德国研究团体盐和化学品大鳄K+S AG和德国航空航天中心的一部分)将在高温和低温下都能减少能量损失。
较大的能量损失来自集热管的吸收的热量,在将能量传输给工厂汽轮机之前有部分损耗。“损耗与温度呈幂数曲线,在高温时损耗急剧上升” Mürau说。西门子将寻求达到最高的温度的同时避免热损失过大的解决方案。
另外的能量损耗的挑战来自熔盐的高冰点,用于热储存的硝酸钾和硝酸钠盐混合物在温度低于220℃时结晶。在中央能量储存库(centralized energy storage tanks)中结晶很容易避免,但是在千米长的集热管避免结晶存在很大的挑战。为了解决结晶问题,Enel工厂利用其他的能量源使管道中的盐的温度保持在290℃以上。Mürau说西门子正在寻找冰点在150℃或更低的盐,这就意味着消耗更少的能量用在避免盐管道结晶。
根据Mürau介绍,如果西门子的努力获得成功,熔盐槽设计工厂将会比油工厂的发电成本降低10%。(目前的太阳能热发电的成本为13-20分每千瓦时,比煤燃料发电要高)。成本的降低一方面来自汽轮机利用更高温蒸汽发电能力的提高,另一方面来自建造成本的降低。
然而,有很多的专家认为结晶的风险仍然是熔盐技术商业化的致命弱点。桑迪亚国家集中太阳能发电实验室(Sandia National Laboratory's concentrating solar-power program)的主管Thomas Mancini表示他仍然对在集热管中利用熔盐存在的结晶带来的危险持谨慎态度,他说即使在100℃也存在结晶的可能性。
但是行业的其他人对熔盐的应用潜力持乐观态度。比如1月份科罗拉多州的SkyFuel在美国能源部的支持下,投资430万美元用于高温集热管的金属薄膜槽镜面研发。
作者: 来源:环球家电网
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