光熱發(fā)電投資成本可驟降32%！SCARABEUS超臨界二氧化碳光熱技術(shù)研究取得新進(jìn)展

:在相對(duì)低廉的光伏發(fā)電和風(fēng)能快速發(fā)展的當(dāng)下，光熱發(fā)電項(xiàng)目的部署似乎受到一些影響。因此，成本的下降對(duì)于光熱發(fā)電行業(yè)而言至關(guān)重要。隨著全球各國(guó)可再生能源滲透率的不斷提高，擁有儲(chǔ)熱能力的光熱發(fā)電將開(kāi)辟新的機(jī)遇。

（來(lái)源：微信公眾號(hào)“CSPFocus光熱發(fā)電資訊”ID：cspfocus）

在歐洲SCARABEUS項(xiàng)目開(kāi)展了為期一年的集中研究之際，科學(xué)家們?nèi)缙陂_(kāi)發(fā)了一種新型混合流體系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以提高超臨界二氧化碳（sCO2）光熱發(fā)電站（CSP）循環(huán)的效率。

包括西班牙可再生能源巨頭Abengoa在內(nèi)的9家單位（5家大學(xué)與4家公司）參與了該項(xiàng)目的科研工作。該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是到2023年實(shí)現(xiàn)，與傳統(tǒng)蒸汽循環(huán)相比，將光熱電站的投資成本降低32％，運(yùn)營(yíng)成本降低40％。

研究人員在純CO2中添加少量選定的元素來(lái)優(yōu)化超臨界流體的工況范圍，從而將光熱發(fā)電系統(tǒng)的效率提高到超過(guò)基于蒸汽或常規(guī)sCO2系統(tǒng)的水平。

塞維利亞大學(xué)能源系統(tǒng)教授兼SCARABEUS發(fā)言人David Sanchez表示，“SCARABEUS最顯著的特征是專注于冷卻和壓縮電力循環(huán)過(guò)程中的冷卻部分。光熱發(fā)電系統(tǒng)中工作流體的臨界溫度可以提高到50-60攝氏度之間，朗肯循環(huán)和設(shè)計(jì)增益的使用可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在干旱、高溫下的高效運(yùn)轉(zhuǎn)?！?/p>

Sanchez說(shuō)，“SCARABEUS團(tuán)隊(duì)目前正在對(duì)選定的CO2混合物進(jìn)行模擬，到目前為止的結(jié)果表明可以達(dá)到預(yù)設(shè)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)目標(biāo)。下一個(gè)挑戰(zhàn)是擴(kuò)大可用混合物的種類，并證明這些混合物的熱穩(wěn)定性?！?/p>

全球年平均氣溫分布圖資料來(lái)源：威斯康星大學(xué)（University of Wisconsin）

SCARABEUS項(xiàng)目由歐盟委員會(huì)及歐盟“Horizon 2020”研究及創(chuàng)新計(jì)劃聯(lián)合出資500萬(wàn)歐元（約合550萬(wàn)美元），旨在通過(guò)超臨界CO2布雷頓循環(huán)系統(tǒng)來(lái)提升光熱電站的運(yùn)行效率，同時(shí)降低光熱電站成本，使其更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

研究表明，提高動(dòng)力循環(huán)的熱效率是降低CSP裝置的平準(zhǔn)化能源成本（LCOE）的關(guān)鍵。傳統(tǒng)光熱發(fā)電系統(tǒng)的熱效率一般為35％至40％，而配備sCO2動(dòng)力循環(huán)的光熱發(fā)電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)超過(guò)50%的熱效率。

與傳統(tǒng)的朗肯和sCO2布雷頓循環(huán)設(shè)計(jì)相比，SCAREBEUS循環(huán)中的冷凝朗肯系統(tǒng)布局更簡(jiǎn)單。根據(jù)項(xiàng)目文件顯示，與傳統(tǒng)的朗肯蒸汽循環(huán)中的十多個(gè)熱交換器相比，該系統(tǒng)使用簡(jiǎn)化的功率塊，僅有一個(gè)換熱器和主熱交換器。

此外，混合的工作流體方法還允許在渦輪機(jī)械中使用泵而不是壓縮機(jī)，從而減少了功耗和物理尺寸。系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)更高的循環(huán)效率的同時(shí)，還降低了對(duì)太陽(yáng)能集熱場(chǎng)布局和能量存儲(chǔ)容量的要求，可以大大減少項(xiàng)目資本支出。

多個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)追求創(chuàng)新光熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 不斷突破溫度限制

與此同時(shí)，全球多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)也在開(kāi)發(fā)創(chuàng)新型的高溫光熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以提高熱電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率并降低成本。

現(xiàn)在多數(shù)商業(yè)化塔式光熱電站使用熔融鹽作為傳熱介質(zhì)，運(yùn)行溫度多限制在565攝氏度。

目前，美國(guó)布雷頓能源公司（Brayton Energy）、國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）和桑迪亞實(shí)驗(yàn)室（Sandia Laboratories）正在爭(zhēng)取能源部（DOE）2500萬(wàn)美元的款項(xiàng)，用于建設(shè)溫度超過(guò)700攝氏度的光熱發(fā)電系統(tǒng)。

去年，美國(guó)通用電氣（GE）和西南研究所（SWRI）聯(lián)合設(shè)計(jì)并制造的全球運(yùn)行溫度最高的超臨界二氧化碳（sCO2）渦輪機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。這臺(tái)10兆瓦的渦輪機(jī)可在約700攝氏度的溫度下運(yùn)行，熱效率近50％，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)光熱發(fā)電系統(tǒng)所達(dá)到的35％-40％水平。

此外，在比爾·蓋茨（Bill Gates）的支持下，美國(guó)初創(chuàng)光熱發(fā)電企業(yè)Heliogen開(kāi)發(fā)了一個(gè)獨(dú)立的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用“閉環(huán)”算法自動(dòng)校準(zhǔn)定日鏡。該系統(tǒng)使用攝像機(jī)和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)可視化軟件來(lái)更精確地對(duì)準(zhǔn)定日鏡并提高太陽(yáng)能聚光效率。經(jīng)測(cè)試，定日鏡反射陽(yáng)光精度提高后系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)1000°C以上的溫度。

同時(shí)，德國(guó)DLR也在開(kāi)發(fā)一種離心式光熱發(fā)電吸熱器裝置，吸熱器出口處的顆粒溫度可達(dá)到965攝氏度；法國(guó)CNRS開(kāi)發(fā)的流化床吸熱器顆粒溫度已超過(guò)900攝氏度；在西班牙，歐盟H2020計(jì)劃下的“太陽(yáng)到液體（Sun-to-liquid）”研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)使用化學(xué)反應(yīng)堆吸熱器，溫度高達(dá)1400攝氏度以上。

原標(biāo)題:光熱發(fā)電投資成本可驟降32%！SCARABEUS超臨界二氧化碳光熱技術(shù)研究取得新進(jìn)展