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铝土矿颗粒作传储热介质可大幅降低塔式光热电站LCOE

国际太阳能光伏网  来源:CSPPLAZA光热发电平台  日期:2019-03-13

在光热发电四种主流技术路线中,槽式技术相对更加成熟,商业化验证程度也更高,其装机量在目前已建成光热发电项目装机量中占比约80%。而塔式光热技术正凭借其较高的工作运行温度和因此带来的整体系统效率提升开始发力,在全球范围内开始得到大规模部署。

如何降低塔式光热发电技术的成本已成为各光热国家关注的焦点问题之一。近日,来自德国宇航中心DLR的塔式太阳能热发电系统研究主管Reiner Buck发表了一篇名为Solar Tower System Temperature Range Optimization for Reduced LCOE的论文。在该论文中,Buck阐述了塔式光热发电系统可通过采用运行温度范围更大的新型传储热介质来降低平均化电力成本(LCOE)的观点。

目前塔式光热电站普遍采用熔盐作为传储热介质,而熔盐的高熔点、腐蚀性等特质决定了其在光热电站中的运行温度须保持在290℃~565℃的范围内。Buck在其研究中则使用了铝土矿颗粒来代替熔盐作为塔式光热系统的新型传储热介质。

铝土矿颗粒是一种易获取且性质较为稳定的砂状材料。在光热电站中,铝土矿颗粒的运行温度为400℃~1000℃,温差高达600℃,而熔盐运行温度为290℃~565℃,温差还不到300℃。

由于铝土矿颗粒重量较大,如何确保其在塔式电站中的顺利“流通”成为一个不小的难题。Buck对此提出了新的想法。他表示,多个吸热塔可“共享”同一个常规岛模块,颗粒则被置于隔热容器内,并通过自动卡车而实现吸热塔与常规岛之间的“往返运行”。

按照Buck的设想,热颗粒与冷颗粒将分别需要三个隔热容器来“运输”。根据颗粒流速,卡车可以服务于一个或多个吸热塔。


 

Buck表示,“使用带有隔热容器的卡车来运输这些颗粒可能是效率最高且成本最低的选择,很显然,这样做可以避免热量损耗且可节省保温成本。”

而在每个吸热塔的塔顶,将分别配置由Buck及他的研发团队共同研发的旋转离心式吸热器。这种吸热器被命名为“CentRec®”。“CentRec®”中有一个像水泥搅拌机一样的旋转室,可施加离心力以保持颗粒沿着室壁运动。

目前“CentRec®”的运行功率不高于50MW,但Buck表示不排除未来其功率将有进一步提升的可能。

另外,在Buck的试验中,他并未选择为电站配置超临界二氧化碳循环系统,而是选用了常规620℃蒸汽循环系统,Buck指出这将不会对他的试验结果产生影响。

Buck的试验结果证明了介质运行温度范围扩大对塔式电站LCOE的影响。下图曲线显示了扩大温度范围的好处:温度范围越大,LCOE越低。


 

如图显示,若颗粒进口温度为400℃(绿线),那么若颗粒进出口温差为300℃,电站LCOE将为0.061欧元/kWh,若颗粒进出口温差达到600℃,电站LCOE将降为0.056欧元/kWh。

同理,若颗粒进口温度为500℃(蓝线),那么若颗粒进出口温差为200℃,电站LCOE将为0.064-0.065欧元/kWh,若颗粒进出口温差达到500℃,电站LCOE将降为0.057欧元/kWh。

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