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这5个研发方向的重大突破有望使光热行业真正爆发?

  2019-07-11 12:10:03
这5个研发方向的重大突破有望使光热行业真正爆发? 位于美国莫哈韦沙漠、装机110MW的新月沙丘熔盐塔式光热电站可以说是全球范围内将创新型光热发电技术推向商业化的一个典型案例,该项目是世界上第一家使用先进的熔盐塔式光热发电技术的公用事业规模级光热发电项目。 为了推进熔盐作为传储热介质的创新型光热发电技术的研究和商业化,早在20世纪90年代,美国能源部(DOE)就开始推动开发新月沙丘电站,而且在美国致力于推进太阳能技术创新而实施的SunShot计划的支持下,该项目还获得了美国能源部7.37亿美元的贷款担保。 近年来,除了熔盐塔式光热发电技术,SunShot计划一直还在持续推动光热行业发展,目前获其支持的下列五种创新型光热发电技术未来有望显著提高光热发电效率。 一、超临界热力循环 最新研究发现,采用超临界二氧化碳布雷顿动力循环技术可以有效提高光热发电效率。使用密度更大的CO2来取代传统蒸汽,可减少驱动发电机发电所需的能量并显著提高热-电能转换速度,从而提高光热电站的发电效率。 目前SunShot正在进行几个项目,以改良动力循环,提高发电效率。美国西南研究院(SwRI)正在与通用电气公司合作两个项目,用以对新的涡轮机械设计进行测试。两个项目分别开发了超临界二氧化碳循环式膨胀机和适合超临界二氧化碳技术的可将二氧化碳介质加压并增温的压缩机。此外,SwRI也在与韩华泰科(HanwhaTechwin)合作,致力于降低制造成本并提高压缩机-膨胀机设计的效率,使光热发电技术更具商业可行性。 二、耐高温混合熔盐储热介质 目前全球很多光热电站均选择熔盐作为吸热储热介质,而所选的熔盐耐高温性越强,可储存的热量越多,发电成本也会越低。然而,当熔盐达到一定高温时,就会具有腐蚀性并损坏光热电站的设备。 亚利桑那大学的研究人员正在努力开发一种混合熔盐产品,可使其能在800°C以上的高温工况下运行且对储罐的腐蚀程度非常低。此外,萨凡纳河国家实验室也通过加入镁和锆成功摸索出了可靠的减缓腐蚀措施,从而可延长光热电站运行寿命。这些研究都将进一步巩固与扩大熔盐作为传储热介质的应用。 三、新型储热介质-特色粒子 来自美国桑迪亚国家实验室的研究人员正在尝试将一种被称为支撑剂的特色粒子放置在吸热器内取代熔盐来作为新的传储热介质。 该支撑剂是一种类似于沙子的材料,由氧化铁和二氧化硅制成,储热温度或可高达1,200℃。目前为止,研究人员已经成功将其加热至840°C高温,而随着研究的进行,其储热温度将有望继续创新高。该发明曾获得了2016年度的“R D100”顶级创新奖。【"R D100”奖项由美国著名科技杂志《R D》于1963年创立,在科技界享有“创新奥斯卡奖”的美誉,同时也是国际科技研发领域极为推崇的科技研发奖项,该奖项是由独立评审小组和R D杂志的编辑共同甄选。】 下面的视频介绍了下落粒子接收器如何测试支撑剂,以及降低太阳能成本的潜力。该粒子接收器目前正在测试中心(NationalSolarThermalTestFacility)的太阳能塔顶部进行测试,定日镜反射的光线会直接照射在粒子接收器上。 四、创新型表面涂层 接收器的太阳光选择性涂层可控制反射镜吸收特定波长的太阳光。而相关研究正在开发新的涂料以降低太阳光吸收装置的“发射率”,从而大大提升系统发电效率。另外一些创新型耐高温涂层则可以使吸热器在高温下稳定运行以产生更多电力,从而显著提高发电效率。 达特茅斯学院现正在开发具有长期抗氧化保护功能的陶瓷涂层,该涂层可减少对吸热器的损坏威胁,并实现高于90%的热转换效率。阿贡国家实验室也在开发能承受800°C工作温度的涂层,该涂层可同时保持对可见光的高吸收率和红外光的低发射率。为避免部分涂层功效随着时间推移而减弱,该实验室正在尝试不同的涂层以确保其更持久的功效。 五、创新型反射镜清洗技术 美国开发的光热电站多分布于在太阳光充足的西南部沙漠地区,但这些地区布满灰尘,因此光热电站的反射镜需要经常清洗。为减少清洗次数并节约用水,一些新技术应运而生。 目前波士顿大学正在研究一种通过电压脉冲激活的透明电动屏幕技术将灰尘颗粒固定的反射镜表面,然后通过运动电波去除它们。而橡树岭国家实验室则开发了一种特殊的反射镜喷涂涂层以及自动化喷雾过程,可以减少反射镜表面一半左右的灰尘积累,从而有效减少反射镜清洗次数。

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