這5個(gè)研發(fā)方向的重大突破有望使光熱行業(yè)真正爆發(fā)？

:位于美國(guó)莫哈韋沙漠、裝機(jī)110MW的新月沙丘熔鹽塔式光熱電站可以說(shuō)是全球范圍內(nèi)將創(chuàng)新型光熱發(fā)電技術(shù)推向商業(yè)化的一個(gè)典型案例，該項(xiàng)目是世界上第一家使用先進(jìn)的熔鹽塔式光熱發(fā)電技術(shù)的公用事業(yè)規(guī)模級(jí)光熱發(fā)電項(xiàng)目。

為了推進(jìn)熔鹽作為傳儲(chǔ)熱介質(zhì)的創(chuàng)新型光熱發(fā)電技術(shù)的研究和商業(yè)化，早在20世紀(jì)90年代，美國(guó)能源部（DOE）就開(kāi)始推動(dòng)開(kāi)發(fā)新月沙丘電站，而且在美國(guó)致力于推進(jìn)太陽(yáng)能技術(shù)創(chuàng)新而實(shí)施的SunShot計(jì)劃的支持下，該項(xiàng)目還獲得了美國(guó)能源部7.37億美元的貸款擔(dān)保。

近年來(lái)，除了熔鹽塔式光熱發(fā)電技術(shù)，SunShot計(jì)劃一直還在持續(xù)推動(dòng)光熱行業(yè)發(fā)展，目前獲其支持的下列五種創(chuàng)新型光熱發(fā)電技術(shù)未來(lái)有望顯著提高光熱發(fā)電效率。

一、超臨界熱力循環(huán)

最新研究發(fā)現(xiàn)，采用超臨界二氧化碳布雷頓動(dòng)力循環(huán)技術(shù)可以有效提高光熱發(fā)電效率。使用密度更大的CO2來(lái)取代傳統(tǒng)蒸汽，可減少驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電所需的能量并顯著提高熱-電能轉(zhuǎn)換速度，從而提高光熱電站的發(fā)電效率。

目前SunShot正在進(jìn)行幾個(gè)項(xiàng)目，以改良動(dòng)力循環(huán)，提高發(fā)電效率。美國(guó)西南研究院（SwRI）正在與通用電氣公司合作兩個(gè)項(xiàng)目，用以對(duì)新的渦輪機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試。兩個(gè)項(xiàng)目分別開(kāi)發(fā)了超臨界二氧化碳循環(huán)式膨脹機(jī)和適合超臨界二氧化碳技術(shù)的可將二氧化碳介質(zhì)加壓并增溫的壓縮機(jī)。此外，SwRI也在與韓華泰科（HanwhaTechwin）合作，致力于降低制造成本并提高壓縮機(jī)-膨脹機(jī)設(shè)計(jì)的效率，使光熱發(fā)電技術(shù)更具商業(yè)可行性。

二、耐高溫混合熔鹽儲(chǔ)熱介質(zhì)

目前全球很多光熱電站均選擇熔鹽作為吸熱儲(chǔ)熱介質(zhì)，而所選的熔鹽耐高溫性越強(qiáng)，可儲(chǔ)存的熱量越多，發(fā)電成本也會(huì)越低。然而，當(dāng)熔鹽達(dá)到一定高溫時(shí)，就會(huì)具有腐蝕性并損壞光熱電站的設(shè)備。

亞利桑那大學(xué)的研究人員正在努力開(kāi)發(fā)一種混合熔鹽產(chǎn)品，可使其能在800°C以上的高溫工況下運(yùn)行且對(duì)儲(chǔ)罐的腐蝕程度非常低。此外，薩凡納河國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也通過(guò)加入鎂和鋯成功摸索出了可靠的減緩腐蝕措施，從而可延長(zhǎng)光熱電站運(yùn)行壽命。這些研究都將進(jìn)一步鞏固與擴(kuò)大熔鹽作為傳儲(chǔ)熱介質(zhì)的應(yīng)用。

三、新型儲(chǔ)熱介質(zhì)-特色粒子

來(lái)自美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在嘗試將一種被稱(chēng)為支撐劑的特色粒子放置在吸熱器內(nèi)取代熔鹽來(lái)作為新的傳儲(chǔ)熱介質(zhì)。

該支撐劑是一種類(lèi)似于沙子的材料，由氧化鐵和二氧化硅制成，儲(chǔ)熱溫度或可高達(dá)1,200℃。目前為止，研究人員已經(jīng)成功將其加熱至840°C高溫，而隨著研究的進(jìn)行，其儲(chǔ)熱溫度將有望繼續(xù)創(chuàng)新高。該發(fā)明曾獲得了2016年度的“R&D100”頂級(jí)創(chuàng)新獎(jiǎng)?！?quot;R&D100”獎(jiǎng)項(xiàng)由美國(guó)著名科技雜志《R&D》于1963年創(chuàng)立，在科技界享有“創(chuàng)新奧斯卡獎(jiǎng)”的美譽(yù)，同時(shí)也是國(guó)際科技研發(fā)領(lǐng)域極為推崇的科技研發(fā)獎(jiǎng)項(xiàng)，該獎(jiǎng)項(xiàng)是由獨(dú)立評(píng)審小組和R&D雜志的編輯共同甄選?！?/p>

下面的視頻介紹了下落粒子接收器如何測(cè)試支撐劑，以及降低太陽(yáng)能成本的潛力。該粒子接收器目前正在測(cè)試中心（NationalSolarThermalTestFacility）的太陽(yáng)能塔頂部進(jìn)行測(cè)試，定日鏡反射的光線(xiàn)會(huì)直接照射在粒子接收器上。

四、創(chuàng)新型表面涂層

接收器的太陽(yáng)光選擇性涂層可控制反射鏡吸收特定波長(zhǎng)的太陽(yáng)光。而相關(guān)研究正在開(kāi)發(fā)新的涂料以降低太陽(yáng)光吸收裝置的“發(fā)射率”，從而大大提升系統(tǒng)發(fā)電效率。另外一些創(chuàng)新型耐高溫涂層則可以使吸熱器在高溫下穩(wěn)定運(yùn)行以產(chǎn)生更多電力，從而顯著提高發(fā)電效率。

達(dá)特茅斯學(xué)院現(xiàn)正在開(kāi)發(fā)具有長(zhǎng)期抗氧化保護(hù)功能的陶瓷涂層，該涂層可減少對(duì)吸熱器的損壞威脅，并實(shí)現(xiàn)高于90％的熱轉(zhuǎn)換效率。阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也在開(kāi)發(fā)能承受800°C工作溫度的涂層，該涂層可同時(shí)保持對(duì)可見(jiàn)光的高吸收率和紅外光的低發(fā)射率。為避免部分涂層功效隨著時(shí)間推移而減弱，該實(shí)驗(yàn)室正在嘗試不同的涂層以確保其更持久的功效。

五、創(chuàng)新型反射鏡清洗技術(shù)

美國(guó)開(kāi)發(fā)的光熱電站多分布于在太陽(yáng)光充足的西南部沙漠地區(qū)，但這些地區(qū)布滿(mǎn)灰塵，因此光熱電站的反射鏡需要經(jīng)常清洗。為減少清洗次數(shù)并節(jié)約用水，一些新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

目前波士頓大學(xué)正在研究一種通過(guò)電壓脈沖激活的透明電動(dòng)屏幕技術(shù)將灰塵顆粒固定的反射鏡表面，然后通過(guò)運(yùn)動(dòng)電波去除它們。而橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室則開(kāi)發(fā)了一種特殊的反射鏡噴涂涂層以及自動(dòng)化噴霧過(guò)程，可以減少反射鏡表面一半左右的灰塵積累，從而有效減少反射鏡清洗次數(shù)。

原標(biāo)題:這5個(gè)研發(fā)方向的重大突破有望使光熱發(fā)電行業(yè)真正爆發(fā)？