太陽能光熱發(fā)電幾種創(chuàng)新型儲熱技術(shù)

光熱電站相比光伏電站的核心優(yōu)勢即在于光熱電站可配置儲熱系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠一樣，生產(chǎn)出電網(wǎng)友好型的可調(diào)度電力，滿足連續(xù)的用電需求。目前，商業(yè)化光熱發(fā)電項(xiàng)目的儲能市場仍然以二元熔鹽為工質(zhì)的熔鹽儲能技術(shù)為主流，但其凝固點(diǎn)過高，易凍堵管道的缺陷也飽受詬病。

　　2016年下半年接連發(fā)生的美國新月沙丘電站熔鹽罐熔鹽泄露事故以及西班牙Gemasolar光熱電站熔鹽熱罐損毀事故，均造成了熔鹽罐維修費(fèi)用及售電收入方面的巨大損失，熔鹽儲熱系統(tǒng)的安全性、可靠性再次受到行業(yè)關(guān)注。

　　那么，有沒有一種更先進(jìn)的儲熱技術(shù)，可替代傳統(tǒng)的熔鹽儲熱技術(shù)進(jìn)而成為主流？近年來，創(chuàng)新型儲能技術(shù)層出不窮，盡管其大多停留在實(shí)驗(yàn)室或小型示范階段，在理論層面已證明了其發(fā)展?jié)摿Γ渖虡I(yè)化價值仍尚待發(fā)掘。

1. 挪威Energy Nest公司新型固態(tài)混凝土儲能技術(shù)

挪威科技公司Energy Nest與德國Heidelberg水泥公司（德國跨國建材公司，全球四大水泥生產(chǎn)商之一）展開合作，耗時五年半研發(fā)出一種全新的特殊混凝土HEATCRETE儲能技術(shù)。HEATCRETE混凝土經(jīng)國際權(quán)威獨(dú)立第三方實(shí)驗(yàn)室測試，具有高比熱容和高熱導(dǎo)率的特性。與之前最為先進(jìn)的混凝土儲能系統(tǒng)相比，HEATCRETE系統(tǒng)的導(dǎo)熱系數(shù)提高了70%，比熱容值提高了15%，這對電站的熱力性能和傳熱介質(zhì)來說意義重大。該公司表示，其HEATCRETE混凝土儲能系統(tǒng)能使整個光熱電站的成本下降10%，針對熔鹽儲能系統(tǒng)則能節(jié)約60%的成本。HEATCRETE混凝土儲能技術(shù)還能應(yīng)用于風(fēng)電和生產(chǎn)高溫設(shè)備的工廠，但光熱電站是該公司的主要目標(biāo)市場。

2. 麻省理工學(xué)院新型液態(tài)金屬儲能技術(shù)

2014年9月，麻省理工學(xué)院的研究人員公開一種新型全液態(tài)金屬電池儲能系統(tǒng)。該液態(tài)金屬儲能系統(tǒng)內(nèi)部沒有使用任何固體材料制作，全部的儲能元件也都采用融化的液體來制作。該系統(tǒng)造價低廉，且使用壽命較長。研究團(tuán)隊稱該儲能系統(tǒng)可使風(fēng)能和太陽能這些可再生能源具備與傳統(tǒng)能源相競爭的能力。

3. 瑞典查爾姆斯大學(xué)新型含碳化學(xué)液體高效儲能

2017年3月，瑞典查爾姆斯理工大學(xué)研究者成功驗(yàn)證了以一種含碳化學(xué)液體作為介質(zhì)，來高效存儲太陽能的新型儲能技術(shù)的可行性。通過這種化學(xué)液體，能夠?qū)崿F(xiàn)能量的自由傳輸以及隨時釋放。值得一提的是，該化學(xué)液體釋放能量時，幾乎可以實(shí)現(xiàn)能量的零損耗。研究小組將這個過程叫做“分子式太陽能儲熱系統(tǒng)”。目前，此項(xiàng)新技術(shù)已成功登上《能源與環(huán)境科學(xué)》（英國皇家化學(xué)院發(fā)行的學(xué)術(shù)期刊）的封面。

圖：“分子式太陽能儲熱系統(tǒng)”模型

4.瑞典SaltX科技公司新型鹽結(jié)晶儲能技術(shù)

瑞典SaltX科技公司推出一種新型儲能技術(shù)，主要利用鹽晶體及其溶液在不同溫度作用下，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行儲存與釋放能量。可應(yīng)用于光熱發(fā)電、太陽能制冷和空調(diào)領(lǐng)域，該公司宣稱可使能耗及儲能成本降低約33%。該公司成立于2001年，一直致力于可再生能源的發(fā)展。憑借在歐洲綠色能源領(lǐng)域的快速發(fā)展，SaltX科技公司于2016年11月榮獲BullhoundConnect大獎。目前，該公司已與美國通用電氣、瑞美制造和阿法拉伐等公司建立合作關(guān)系，并提供新型儲能解決方案。

5.美國新型熱化學(xué)儲能系統(tǒng)

2016年5月，美國俄勒岡州立大學(xué)和佛羅里達(dá)大學(xué)的科研人員合作推出一種新型熱化學(xué)儲能系統(tǒng)，可用于存儲和釋放太陽能。相比傳統(tǒng)儲熱設(shè)備，美科研人員改進(jìn)后的儲能方案新增一種類似電池的熱化學(xué)儲能系統(tǒng)，其內(nèi)部的轉(zhuǎn)化過程是基于熱能而非電流。在“充電”期間，碳酸鍶在太陽熱能作用下，分解成氧化鍶和二氧化碳。當(dāng)“放電”時，氧化鍶和二氧化碳會發(fā)生合成，同時釋放出儲存的熱量。該儲能系統(tǒng)的材料易獲得、不易燃且綠色環(huán)保，使用這些材料合成的化合物運(yùn)行溫度高達(dá)1200攝氏度，儲熱效率比現(xiàn)有儲熱系統(tǒng)高兩倍。

圖：新型熱化學(xué)儲能系統(tǒng)原理圖

6.澳大利亞Solastor高純石墨儲能技術(shù)

Solastor是澳大利亞一家研究太陽能儲熱發(fā)電技術(shù)的專業(yè)公司，其采用高純石墨作為吸熱和儲熱材料的塔式熱發(fā)電技術(shù)一直領(lǐng)先于世界，其內(nèi)置式石墨儲能技術(shù)在十余個國家獲得了知識產(chǎn)權(quán)的zhuanli保護(hù)。該儲能技術(shù)具有低塔、多塔、環(huán)保、安全、高容量儲能和24小時熱能損失低于5%，以及模塊化組合等優(yōu)點(diǎn)。

2014年，江蘇潤陽儲能技術(shù)有限公司引進(jìn)該公司內(nèi)置式石墨工質(zhì)塔式光熱發(fā)電技術(shù)，建設(shè)我國首個石墨工質(zhì)塔式光熱發(fā)電示范項(xiàng)目。這種以石墨為介質(zhì)，集吸熱、儲能、熱交換為一體的“三合一”內(nèi)置式先進(jìn)技術(shù)，填補(bǔ)了我國光熱發(fā)電領(lǐng)域的又一空白，對在我國開發(fā)太陽能塔式光熱發(fā)電技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)意義。

圖：位于江陰的我國首個石墨工質(zhì)塔式光熱發(fā)電示范項(xiàng)目

7.阿聯(lián)酋Masdar理工學(xué)院沙子儲熱技術(shù)

2015年12月，阿聯(lián)酋Masdar理工學(xué)院宣布，其研究人員已成功證明沙子可以儲存太陽熱能用于光熱發(fā)電，存儲溫度可達(dá)1000℃。該研究項(xiàng)目名為“Sandstock”，目標(biāo)是尋求開發(fā)一種可持續(xù)的低成本的依靠重力給料的太陽能接收器和存儲系統(tǒng)，即使用沙子作為傳熱和儲熱介質(zhì)。沙漠里的沙子是一種潛在的儲熱材料，其熱穩(wěn)定性和比熱容在高溫下的特性已經(jīng)被研究證明。用廉價的沙子可以降低成本，同時，儲熱材料工作溫度的增加意味著效率提升。

2016年7月，全球首個以沙子作為工質(zhì)的塔式光熱電站在意大利西西里島正式啟動。該項(xiàng)目的核心技術(shù)是一種基于沙子流化床的太陽能蒸汽發(fā)生技術(shù)，是首個在MW級規(guī)模對沙子儲熱工質(zhì)進(jìn)行示范的電站，能夠吸收和儲存太陽能并將熱量轉(zhuǎn)化為電力和其他熱能使用。

圖：位于意大利的全球首個沙子工質(zhì)塔式光熱電站