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CSPPLAZA光熱發電網訊：據外(wai)媒近日報道，由歐盟委員會(hui)及歐盟“Horizon 2020”研究及創(chuang)新計劃聯(lian)合出資研發的(de)Scarabeus項目正在穩步推進(jin)，按(an)照計劃目前相(xiang)關研究人員正在開發一(yi)種創(chuang)新型混合流體，可以大幅提升(sheng)超臨界二氧化碳（sCO2）光熱發電(dian)系(xi)統的(de)循環(huan)效率。

據悉，這項耗資500萬歐元（約合550萬美元）的SCARABEUS項目將嘗試在純CO2中添加少量選定元素，以提升光熱發電系統的發電效率，使其超過基于蒸汽或傳統sCO2系統所能達到的水平，該項目小組的研究目標是：到2023年可以證明二氧化碳混合流體可以比傳統蒸汽循環減少32%的資本支出（Capex）和40%的運營支出（Opex）。

可將系統運行溫度提升50-60℃

塞維利亞大學(xue)能源系(xi)統教授(shou)、斯卡(ka)伯斯大學(xue)發(fa)言人David Sanchez告訴外媒(mei)，SCARABEUS項目專注于(yu)動力循環(huan)的(de)冷(leng)(leng)段-冷(leng)(leng)卻(que)和(he)壓縮(suo)等(deng)環(huan)節(jie)，而(er)這種混合介質思路可將(jiang)光熱發(fa)電系(xi)統中工作流(liu)體的(de)臨界溫(wen)度提(ti)升50-60℃。

Sanchez表示，SCARABEUS團隊目前正在對選定的二氧化碳混合物進行模擬，現有結果表明相關經濟和技術目標均可以實現。下一步，團隊將進一步擴大現有的混合物組合，并證明這些混合物的熱穩定性。

對于光熱發電系(xi)統來(lai)說，實現(xian)較高的運行溫度正(zheng)成為進一(yi)步提升系(xi)統效率并降(jiang)低成本的關(guan)鍵，因此(ci)也(ye)是近年(nian)來(lai)全球相關(guan)研(yan)發團隊的工作重點。

相比傳統使(shi)用導熱(re)(re)油作(zuo)為(wei)傳熱(re)(re)介(jie)質的槽(cao)式電(dian)站，目前商業化(hua)的塔式光熱(re)(re)發電(dian)系(xi)統往(wang)往(wang)使(shi)用熔鹽作(zuo)為(wei)傳儲熱(re)(re)介(jie)質，系(xi)統工作(zuo)溫度提(ti)升至(zhi)565℃左右，而(er)更多研發團隊在(zai)追求更高(gao)系(xi)統運行溫度并試圖將相關技術推向商業化(hua)。

去(qu)年，通用電氣（GE）和西(xi)南研究院（SWRI）的(de)工(gong)程師完成了(le)(le)世界(jie)上最(zui)高溫度sCO2渦(wo)輪機的(de)測試，在700℃左右的(de)運行溫度條件下，10MW的(de)渦(wo)輪機產生了(le)(le)接(jie)近50%的(de)熱效率，遠遠高于(yu)傳統(tong)光熱發電系統(tong)所達到的(de)35%-40%的(de)水平。

圖(tu)：超(chao)臨界二(er)氧化碳渦輪機

此外，美國Heliogen集團最近通過(guo)(guo)利(li)用(yong)更先進和更精(jing)確(que)的定日鏡校準(zhun)技術(shu)，使光熱發(fa)電(dian)(dian)接收器(qi)溫(wen)度(du)(du)超(chao)(chao)過(guo)(guo)1000℃。與(yu)此同時，德國DLR正(zheng)在開發(fa)一種(zhong)離心光熱發(fa)電(dian)(dian)接收器(qi)，其接收器(qi)出口處(chu)的顆粒(li)溫(wen)度(du)(du)已可達(da)到965℃。另外，法國的CNRS已經(jing)開發(fa)了(le)一種(zhong)流(liu)化床(chuang)接收器(qi)，其顆粒(li)溫(wen)度(du)(du)已經(jing)超(chao)(chao)過(guo)(guo)900℃。而在西班牙，歐盟H2020的“太(tai)陽到液體”研究小組建設的化學(xue)反應器(qi)接收器(qi)已經(jing)實(shi)現了(le)超(chao)(chao)過(guo)(guo)1400℃的溫(wen)度(du)(du)。

可有效降低項目投資

據(ju)悉(xi)，通過二氧化碳混合(he)物達到(dao)的(de)較高臨界(jie)溫度允(yun)許光熱發電(dian)系統(tong)在(zai)較高環境溫度下使用冷凝(ning)朗肯(ken)式循環，SCARABEUS團隊的(de)目標是功(gong)率(lv)循環轉換效(xiao)率(lv)超過50%，而(er)常規sCO2系統(tong)在(zai)類似情(qing)況下則必須采用效(xiao)率(lv)較低的(de)布雷頓型配置。

而在布局方面，SCAREBEUS項(xiang)目設計的冷凝朗(lang)(lang)肯式循環(huan)(huan)系統只需要(yao)一個(ge)回熱(re)器(qi)和一個(ge)換熱(re)器(qi)，相比常(chang)規朗(lang)(lang)肯蒸汽循環(huan)(huan)往往10多個(ge)換熱(re)器(qi)的配置要(yao)簡單得多。

而且，據正在領導該項目渦輪機械研究工作的倫敦城市大學方面介紹，混合工作流體的思路也允許在渦輪機械中使用泵而不是壓縮機，這可以有效降低功耗和設備尺寸。

David Sanchez表示，更高的循環效率可以使光熱發電系統配置更小的光場和儲熱系統，因此可以大大減少資本支出。

可進一步提升光熱發電的適用領域

除了(le)可大幅減少電廠資本支出(chu)，該項技術也將使光熱發(fa)電的部署區(qu)域(yu)有望(wang)進一(yi)步擴大。

在冷卻方面，該CO2混合介質將提升流體的露點溫度，露點溫度的提升可允許電站采用空/風冷冷凝（ACC）系統的冷卻方式來替代常規的水/濕冷卻循環（WCC），空冷取代水冷使設計更加簡單，消除了對水循環和相關泵送設備及冷卻塔的需求，零耗水也降低了運營成本和環境影響，最終達到降低成本并優化電站整體性能的效果。

據研究人員介紹，改用ACC系統除了可將使(shi)資本支(zhi)出(chu)和運營支(zhi)出(chu)減(jian)少約(yue)3%之(zhi)外，還對中東和北非(fei)等新興光熱發電市場非(fei)常有(you)利。在這些地(di)區，氣溫經常超過二氧化碳的自然臨界溫度，而當地(di)水(shui)資源(yuan)非(fei)常缺乏，使(shi)用水(shui)冷成(cheng)本極其高昂。

圖：全球(qiu)年平(ping)均氣溫（來自威斯(si)康(kang)星(xing)大學）

David Sanchez指出，混合二氧化碳流體設計所帶來的成本降低使光熱發電系統部署在更多直接輻射指數（DNI）較低的地區也成為可能。

SCARABEUS項目研發背景：

隨(sui)著光(guang)伏和風電的(de)快速(su)發(fa)(fa)展(zhan)和大規模部署，成本相對(dui)較高的(de)光(guang)熱(re)發(fa)(fa)電生存(cun)空(kong)間被進一步(bu)壓(ya)縮(suo)，快速(su)實現降本勢在必行(xing)，而目(mu)前備(bei)受全球光(guang)熱(re)發(fa)(fa)電行(xing)業關注(zhu)的(de)超臨界二氧化碳(tan)光(guang)熱(re)發(fa)(fa)電技術(shu)的(de)不斷突破有望為行(xing)業突破成本瓶頸帶來較大助力。

研(yan)究(jiu)表明，提(ti)高動力循環的(de)熱效率(lv)是降(jiang)低光(guang)熱發(fa)電(dian)系統的(de)平準化能源成(cheng)本(ben)（LCOE）的(de)關鍵。傳統光(guang)熱發(fa)電(dian)系統的(de)熱效率(lv)一般為35％至(zhi)40％，而配備超臨(lin)界二氧化碳（sCO2）動力循環的(de)光(guang)熱發(fa)電(dian)系統可(ke)實現近50%的(de)熱效率(lv)。

在歐盟（EU）的(de)資助下，包(bao)括西班牙可再生能(neng)源巨頭Abengoa在內的(de)9家單位（5家大學與4家公(gong)司(si)）參與了(le)SCARABEUS項目的(de)科研工作(zuo)。