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CSPPLAZA光熱發電網訊：美國(guo)桑迪亞國(guo)家實驗室（SNL）下轄的(de)(de)美國(guo)國(guo)家太陽能熱利(li)用測(ce)試(shi)(shi)中(zhong)心（NSTTF）將(jiang)(jiang)在2020年夏天實現(xian)多項(xiang)突破性進展，其中(zhong)包括首次對粒子接收器和(he)超臨界(jie)CO2系統(tong)之間的(de)(de)熱交換器進行測(ce)試(shi)(shi)，以及(ji)首次將(jiang)(jiang)粒子接收器連接到(dao)超臨界(jie)CO2系統(tong)的(de)(de)回路(lu)測(ce)試(shi)(shi)。

SNL聚光太陽能項目經(jing)理Paul Gauche表示(shi)：“SNL已(yi)經(jing)建(jian)造和試驗超臨(lin)界(jie)二(er)氧化碳(tan)循環(huan)系統(tong)大約10年了(le)，在(zai)Brayton實驗室已(yi)經(jing)建(jian)成了(le)多(duo)個超臨(lin)界(jie)二(er)氧化碳(tan)循環(huan)回路，其中(zhong)包括可為客(ke)戶(hu)提供測試和研究服務(wu)的三個超臨(lin)界(jie)二(er)氧化碳(tan)循環(huan)系統(tong)。”

2015年，SNL向美國能源部太陽能技術辦公(gong)室提出(chu)申請(qing)，請(qing)求(qiu)其繼(ji)續資助(zhu)一個(ge)SunShot項目(mu)（SuNLaMP）。該項目(mu)是規模更(geng)大(da)的第(di)3代粒子中試(shi)裝置(zhi)（G3P3）光(guang)熱(re)發電(dian)研(yan)究(jiu)項目(mu)的前身(shen)，其目(mu)標(biao)是建立一個(ge)帶有集成(cheng)超(chao)臨界二氧化碳(tan)循環系統(tong)(tong)(tong)回(hui)路的下(xia)落粒子接收器系統(tong)(tong)(tong)，以證明使用(yong)聚(ju)光(guang)集熱(re)系統(tong)(tong)(tong)加(jia)熱(re)的顆(ke)粒介質可以使超(chao)臨界二氧化碳(tan)循環系統(tong)(tong)(tong)工(gong)作溫(wen)度達到700℃以上。上述研(yan)究(jiu)和測試(shi)是SuNLaMP項目(mu)的延續。

資深科學(xue)家(jia)Cliff Ho博士是負責這些項目(mu)的(de)主要(yao)研究員。據他介紹(shao)，集(ji)成測試系統將包括以下組件(jian)：下降型(xing)粒子接收器、顆粒介質到超(chao)臨界CO2熱交換器系統、超(chao)臨界CO2回(hui)(hui)路、超(chao)臨界CO2回(hui)(hui)路的(de)間接空氣冷卻系統。

Cliff Ho表示：“這個集成系統是獨一無二的，它將利用陽光將粒子加熱到約800°C，然后通過一級熱交換器將熱量傳遞到工作流體中。這種換熱器在全球首次實現了可以在設計溫度大于700°C、壓力大于20兆帕的情況下，將熱量從移動填充床中的顆粒傳遞給超臨界二氧化碳介質。”

按(an)照美國能源部的(de)計劃，超臨界CO2循環技(ji)(ji)術將應用于下一(yi)代(dai)光(guang)(guang)(guang)熱(re)發電(dian)技(ji)(ji)術，以進(jin)一(yi)步(bu)提升系統效率，并最終降低(di)光(guang)(guang)(guang)熱(re)發電(dian)成本。目(mu)前相關的(de)測試正在NSTTF進(jin)行，使用的(de)是1978年建造的(de)美國第(di)一(yi)座聚光(guang)(guang)(guang)太陽能塔(ta)。該塔(ta)80萬磅重的(de)電(dian)梯承載能力允許研究人(ren)員建造大(da)型實(shi)驗裝備并將其(qi)提升到塔(ta)頂。

圖：安裝(zhuang)在(zai)顆粒(li)接收器組件中的熱(re)交換器

研究背景：

下(xia)降粒子接收器（Falling particle receiver）技(ji)術之所以(yi)吸(xi)(xi)引了研(yan)究者的(de)關注，是因(yin)為其(qi)可以(yi)在(zai)較(jiao)高(gao)(gao)溫度下(xia)高(gao)(gao)效集熱(re)并存儲熱(re)能，而不會發生任何分(fen)解(jie)。這解(jie)決了傳統熔(rong)鹽吸(xi)(xi)熱(re)儲熱(re)在(zai)高(gao)(gao)溫下(xia)運(yun)行會升(sheng)華為氣體而散失(shi)的(de)一(yi)大弊端。

這(zhe)種(zhong)熱(re)(re)(re)量接收器的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗(yan)型樣機在Sandia實(shi)驗(yan)室開發完成(cheng)(cheng)，像沙子(zi)一樣的(de)(de)(de)(de)陶瓷顆粒(li)通過一束被聚焦(jiao)的(de)(de)(de)(de)太陽強(qiang)光照射后(hou)就(jiu)能獲取和(he)存儲(chu)(chu)太陽熱(re)(re)(re)能，這(zhe)些粒(li)子(zi)吸(xi)熱(re)(re)(re)后(hou)被存儲(chu)(chu)至下部的(de)(de)(de)(de)一個保溫絕熱(re)(re)(re)箱內進行儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)和(he)發電(dian)。該技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)運行溫度(du)可達將(jiang)(jiang)近1000攝(she)氏度(du)，如此高的(de)(de)(de)(de)運行溫度(du)將(jiang)(jiang)有效提升集熱(re)(re)(re)效率(lv)，降低(di)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)成(cheng)(cheng)本(ben)。因(yin)為同樣的(de)(de)(de)(de)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)量，溫度(du)越高則需求的(de)(de)(de)(de)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)介(jie)質(zhi)越少(shao)。

塔式(shi)光(guang)(guang)熱電(dian)站(zhan)目前一般采用(yong)水或熔鹽作為(wei)工質，運行溫(wen)度不會(hui)(hui)高(gao)于550攝氏度，熱電(dian)轉化效率不會(hui)(hui)高(gao)于40%。而這種下(xia)降型(xing)粒子接(jie)收器的(de)高(gao)溫(wen)運行優勢十分(fen)明顯(xian)，采用(yong)上述吸熱儲熱技術可顯(xian)著(zhu)提升塔式(shi)光(guang)(guang)熱電(dian)站(zhan)的(de)熱電(dian)轉換效率至50%甚至更高(gao)。

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