Areva和Sandia積極推進(jìn)熔鹽型菲涅爾技術(shù)研發(fā)

在美國桑迪亞（Sandia）國家實(shí)驗(yàn)室位于美國新墨西哥州Albuquerque的國家太陽能熱利用測(cè)試中心（NSTTF）的南側(cè)，矗立著一個(gè)菲涅爾光熱發(fā)電熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)實(shí)驗(yàn)示范項(xiàng)目，該項(xiàng)目正在對(duì)線性菲涅爾光熱發(fā)電技術(shù)和熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)進(jìn)行整合試驗(yàn)，以開發(fā)出可以進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化商業(yè)化應(yīng)用的熔鹽型菲涅爾光熱發(fā)電技術(shù)。常見的菲涅爾光熱發(fā)電技術(shù)采用水或?qū)嵊妥鳛楣べ|(zhì)，這限制了菲涅爾的工作溫度，使其難以實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)循環(huán)效率。Sandia實(shí)驗(yàn)室的研究人員和Areva太陽能的研究者們?yōu)榇朔e極推進(jìn)更高運(yùn)行溫度的熔鹽型菲涅爾光熱發(fā)電技術(shù)的研發(fā)。如下圖所示，為此建設(shè)的示范項(xiàng)目的集熱管支架采用了A字形架構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，吸熱管所處的高度達(dá)到了100英尺（約合30.48米），菲涅爾反射鏡場(chǎng)的集熱規(guī)模相對(duì)增加不少，以達(dá)到更高的集熱溫度。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用了采光面積達(dá)5000平方米的菲涅爾反射鏡，熔鹽工質(zhì)采用的是常見的60%硝酸鈉+40%硝酸鉀的混合物。“我們的目標(biāo)是驗(yàn)證采用熔鹽作工質(zhì)的菲涅爾光熱發(fā)電技術(shù)的可行性和實(shí)際運(yùn)行性能，采用熔鹽工質(zhì)將可以獲得高達(dá)585攝氏度的運(yùn)行溫度，同時(shí)還能夠獲得一個(gè)具備成本競(jìng)爭(zhēng)力的儲(chǔ)熱系統(tǒng)。”Areva太陽能北美區(qū)總經(jīng)理Robert Gamble如是表示。Areva太陽能之所以與Sandia合作是因?yàn)镾andia在熔鹽系統(tǒng)方面的專業(yè)能力，Sandia早在2012年底就在NSTTF投資建設(shè)了一個(gè)熔鹽實(shí)驗(yàn)回路（MSTL），這個(gè)熔鹽實(shí)驗(yàn)回路投入1000萬美元，是美國唯一一個(gè)可以提供真實(shí)的光熱發(fā)電實(shí)際運(yùn)行環(huán)境條件的熔鹽回路測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以幫助一些公司進(jìn)行技術(shù)實(shí)驗(yàn)以收集整理數(shù)據(jù)，以作出商業(yè)化的開發(fā)選擇。Sandia的研究者們已經(jīng)開始為外來客戶測(cè)試相關(guān)組件性能，并提供專業(yè)的知識(shí)來幫助設(shè)計(jì)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。“客戶來到這里僅僅需要一個(gè)想法，我們有知識(shí)和能力去幫助客戶完善他的這一想法，并將之付諸于實(shí)際的測(cè)試中去。”Sandia工程師Bill Kolb表示，“在熔鹽的世界里，這個(gè)系統(tǒng)是你獲得專業(yè)知識(shí)的很好平臺(tái)。”線性菲涅爾集熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較為低廉，占地面積相對(duì)較少。通過整齊排列的反射鏡反射陽光至高處的不銹鋼吸熱管，加熱其中流動(dòng)的熔鹽工質(zhì)，熔鹽吸熱后與水換熱產(chǎn)生蒸汽來驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。吸熱管是反射鏡陣列的聚集焦點(diǎn)，但其并不直接吸收陽光，經(jīng)過反射的陽光匯集后通過二次反射鏡將光能聚集至吸熱管上。“這實(shí)際上是基于行業(yè)對(duì)儲(chǔ)熱的需求，我們?cè)诖耸痉兜倪@一系統(tǒng)的目標(biāo)就是證明這一概念，并將之推向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。通過該示范系統(tǒng)我們學(xué)習(xí)并掌握熔鹽菲涅爾光熱發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并將之優(yōu)化以適應(yīng)電力產(chǎn)業(yè)的實(shí)際要求。”Areva太陽能項(xiàng)目工程師Antoine Bera如是表示。在光熱發(fā)電的早期階段，產(chǎn)業(yè)更多地聚集于如何產(chǎn)生蒸汽并驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，對(duì)儲(chǔ)熱的關(guān)注度并不是特別高。但今天，伴隨技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)的需求，越來越多的公司希望將儲(chǔ)熱技術(shù)納入其光熱發(fā)電的整體解決方案中去。熔鹽可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)大量存儲(chǔ)熱能，是目前被廣泛應(yīng)用的一種儲(chǔ)熱介質(zhì)，儲(chǔ)熱系統(tǒng)的附加可以提供更適合電網(wǎng)需求的電力供應(yīng)。Sandia的光熱發(fā)電技術(shù)部門經(jīng)理Subhash L. Shinde表示，“儲(chǔ)熱技術(shù)是實(shí)現(xiàn)SunShot目標(biāo)的現(xiàn)實(shí)路徑，熔鹽儲(chǔ)熱不僅僅可以幫助提供穩(wěn)定可調(diào)電力，還能削減光熱發(fā)電的LCOE。這是采用熔鹽儲(chǔ)熱的一大優(yōu)勢(shì)。”DOE的SunShot計(jì)劃目標(biāo)是到2020年實(shí)現(xiàn)光熱發(fā)電度電成本6美分的目標(biāo)，目前我們的平均成本大概在13美分左右，距離目標(biāo)我們還有很長(zhǎng)的一段路要走。Gamble則表示，“Sandia擁有領(lǐng)先的熔鹽技術(shù)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從Sandia的熔鹽技術(shù)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)中，Areva可以學(xué)習(xí)到很多，與Sandia的合作帶給了我們很大的實(shí)實(shí)在在的價(jià)值。”這個(gè)菲涅爾熔鹽儲(chǔ)熱示范系統(tǒng)于今年的5月份正式宣布建成，到目前為止已經(jīng)完成了初期的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，未來，更多有關(guān)熔鹽的深入的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試將陸續(xù)展開。