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空氣介質光熱發電技術示范先行 商業化之路坎坷前行
發布者：本網記者Courtney | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 7908查看 | 2017-08-21 17:34:00    
　　CSPPLAZA光熱發電網報道：光熱發電技術經歷了水、導熱油、熔鹽為介質的迭代升級。當前，槽式技術的首選導熱介質為導熱油，塔式技術的主流則為熔鹽。

　　光熱發電技術發展幾十年來，目前停留在以熔鹽為代表的第二代技術的商業化應用層面。但要進一步降低光熱發電成本，必須加快對空氣、二氧化碳、顆粒、液態金屬等為介質的新一代技術的研發和商業化應用。

　　空氣作為傳熱介質具有成本低、運行溫度高、系統效率高等優點。早在上世紀70年代，采用熱空氣作為傳熱介質的理念便風行一時，但由于當時難以解決換熱、儲熱問題，相關研究一度陷入擱置狀態。

　　澳大利亞聯邦科學與工業研究組織CSIRO、德國DLR、德國Kraftanlagen Munchen Gmbh（KAM）等單位通過對空氣介質的光熱發電系統進行的一系列研究試驗證明：空氣作為傳熱介質，其運行溫度可達650℃以上，遠高于目前市場上平均運行溫度為565℃的熔融鹽和約400℃的導熱油，具有商業化的應用潛力。

　　但熱空氣一直未得到商業化應用，直接原因在于研究的不連續和缺少較大規模示范電站的實證，而根本原因在于熱空氣換熱能力不佳、儲熱難度大等弊端。由于空氣熱容小，傳熱能力差，散熱造成溫度快速下降，熱空氣的高溫難以維持。除此之外，熱空氣的高溫存儲也是技術難點之一。

　　CSIRO的積極努力

　　光熱發電領域對熱空氣的應用可分為兩類：壓縮熱空氣與常壓熱空氣。壓縮熱空氣通常應用于配置布雷頓循環系統的光熱電站，而常壓熱空氣則被應用于配備朗肯循環汽輪機發電系統的光熱電站。如CSIRO在澳大利亞建設的示范電站即基于布雷頓循環，而此前中國的三花集團采用的以色列HelioFocus的技術即基于朗肯循環。

　　圖：CSIRO澳大利亞塔式示范電站

　　據澳大利亞CSIRO公布的數據，該組織目前已完成了輸出溫度達900℃的空氣吸熱器的試驗。該試驗吸熱器熱功率為600kW，壓強為5bar，輸入溫度為450℃，輸出溫度為900℃，表面能流達60~70kW/㎡，吸熱器表面溫度可控制在950℃以下，采光能流達700kW/㎡，吸熱效率達86%。

　　CSPPLAZA記者從CSIRO太陽能光熱中心負責人Jin-Soo Kim博士處了解到，該研究機構的另一個90kW空氣吸熱器應用了LBE（一種固體顆粒）儲熱，在解決熱空氣儲熱問題上邁進了一大步。在試驗中，在吸熱器輸出溫度為886℃的條件下，LBE輸入溫度490℃，輸出溫度可達771℃。

　　使用熱空氣作為傳熱介質的吸熱器常采用孔隙狀陶瓷質吸熱器，該材料優點在于耐高溫、允許空氣流通、吸熱效率高。目前空氣吸熱器方面最新研究成果幾乎都出自CSIRO，而CSIRO也對CSPPLAZA記者表示，希望能在中國應用以上經過試驗階段驗證的空氣吸熱器，進行更大規模的技術驗證，為未來的商業化應用積累更多數據。

　　圖：Jülich光熱示范電站

　　Jülich電站的示范

　　德國DLR于2008年在德國西北部的Jülich建成的光熱示范電站采用熱空氣作為傳熱介質。這個1.5MW的Jülich高溫空氣集熱光熱示范項目主要由四個部分組成：吸熱系統、換熱系統、儲熱模塊、冷卻系統。其中安裝的一個新型空氣吸熱器由KAM供應。

　　超過2000塊定日鏡將陽光集中到蜂巢狀、孔隙結構的陶質開放式吸熱器上。這種開放的孔隙結構使得空氣能自由流通，并使熱量能深入到吸熱器內部，加熱位于內部的空氣，使得換熱更加均勻。

　　該吸熱器表面溫度可達1000℃以上，空氣輸入溫度180℃，輸出溫度約680℃。高溫熱空氣換熱后產生水蒸氣，帶動汽輪機發電。水蒸氣經過冷卻系統后回收到蒸汽發生器中，同時熱空氣溫度下降到180℃左右，經由空氣循環回收至吸熱塔。

　　這個1.5MW的Jülich光熱示范項目采用固態儲熱，可將發電時間延長一倍。儲熱時，熱空氣從固態儲熱模塊的頂部進入，通過大量蜂巢狀陶制結構完成換熱，之后從儲熱設施底部回到空氣循環系統中，放熱時空氣的流通方向則相反。由于儲放熱都在常壓狀態下進行，儲熱裝置并不需要造價高昂的耐高壓外壁。

　　HelioFocus的失敗

　　雖然有多家機構在致力于空氣介質光熱發電技術的研發應用，但這種創新型技術的商業化應用之路看起來并不好走。致力于空氣介質光熱發電技術商業化之路的以色列HelioFocus在推動數年之后，目前已幾乎銷聲匿跡。

　　Heliofocus成立于2007年，其碟式光熱發電系統主要包括聚光碟、接收器以及熱力管路。聚光溫度高達1000攝氏度，每個碟的面積大約500平方米，把太陽能反射到一個能產生高溫空氣的腔式接收器上，隨后將高溫空氣傳至一個中央熱交換器中以產生蒸汽，蒸汽驅動汽輪發電機發電。

　　圖：三花內蒙古1MW示范電站

　　2010年，中國的三花集團首次投資了Heliofocus，此后通過多輪增資持股超過30%。并開始在中國布局光熱項目的開發。

　　2013年10月29日，三花綠色太陽城項目一期1MW空氣介質碟式光熱示范電站在內蒙古阿拉善經濟開發區建成，在落成儀式上，三花控股子公司內蒙古太清光熱能源有限公司還與HelioFocus公司共同簽署了200MW光熱輔助火力發電項目的合作備忘錄，基本確定了項目后續的建設計劃

　　但在該項目的實際驗證之后，后續更大的項目規劃并未獲得實施。三花于2016年終止了與HelioFocus公司的合作，三花控股集團總裁張亞波在2016年10月舉辦的集團科技創新大會上公開表示，三花對以色列太陽能光熱發電系統的投資和開發未能實現預定技術和經濟目標，果斷決定中止投入，結束該項目。

　　此后至今，HelioFocus在中國和全球市場逐漸淡去身影。

　　HelioFocus的失敗案例證明，空氣介質光熱發電技術的商業化之路絕非坦途，要打開其商業化應用之門尚需努力。
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