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CSPPLAZA光熱發電網訊：據外(wai)媒報道，目(mu)前NREL（美國國家可再生(sheng)能源實驗室）和(he)Acciona Solar Power正在開發(fa)一種(zhong)新技術(shu)，通過集成的(de)氫傳感器/分離模塊(kuai)來(lai)逆轉(zhuan)太(tai)(tai)陽(yang)能光熱(re)電(dian)站吸熱(re)器領(ling)域中(zhong)氫積累(lei)的(de)高成本效應，從而(er)實現(xian)長期(qi)提高太(tai)(tai)陽(yang)能光熱(re)電(dian)站效率和(he)收益的(de)目(mu)標(biao)。

自上世紀80年(nian)代中期(qi)以來，人(ren)們開始利用太陽能(neng)熱發(fa)電(dian)(dian)生(sheng)產的(de)(de)清潔能(neng)源為(wei)家庭(ting)、學校、辦公室(shi)和(he)社(she)區(qu)供電(dian)(dian)。然(ran)而，目前(qian)普遍開發(fa)的(de)(de)槽式(shi)光(guang)熱電(dian)(dian)站面臨的(de)(de)一個持續(xu)挑戰是氫(qing)氣的(de)(de)積累，這對于減輕和(he)降低光(guang)熱電(dian)(dian)站效率而言可能(neng)是昂(ang)貴的(de)(de)。NREL高級(ji)科(ke)學家Greg Glatzmaier一直致力于花費大量(liang)時間來尋求解決氫(qing)積累的(de)(de)技術(shu)方(fang)案。

槽式光熱電站多年遭受氫氣累積的困擾

采用槽(cao)式技(ji)術路線的(de)(de)(de)太(tai)陽(yang)能(neng)光熱(re)電站中，集熱(re)管沿彎(wan)曲的(de)(de)(de)聚光鏡運行，以吸收(shou)(shou)(shou)太(tai)陽(yang)的(de)(de)(de)能(neng)量。在操作過程(cheng)中，將熱(re)量從槽(cao)式集熱(re)器(qi)輸送到(dao)蒸汽輪機的(de)(de)(de)有機基介質，會遭(zao)受很小(xiao)但恒定的(de)(de)(de)熱(re)擊穿。盡管產生(sheng)的(de)(de)(de)氫(qing)氣(qi)微乎其微，但會產生(sheng)嚴重的(de)(de)(de)影響——造成(cheng)熱(re)損失(shi)，可能(neng)使(shi)整(zheng)個光熱(re)電站的(de)(de)(de)效(xiao)率和收(shou)(shou)(shou)益降低15％。全(quan)世界有80多個槽(cao)式光熱(re)電站在運營(ying)，這估計會導致(zhi)750兆瓦的(de)(de)(de)發電能(neng)力損失(shi)和每年約(yue)2.5億美元的(de)(de)(de)收(shou)(shou)(shou)入損失(shi)。

而不可避(bi)免(mian)地，所有槽式光熱電站的設備(bei)都(dou)會(hui)遭(zao)受氫氣堆積(ji)的困擾(rao)。

要開發出解決這(zhe)一棘手問題(ti)的(de)(de)有(you)效(xiao)解決方(fang)案(an)，就需要Glatzmaier具備的(de)(de)所有(you)偵查技能(neng)：敏銳的(de)(de)觀察(cha)力、光熱(re)電(dian)站(zhan)運(yun)營的(de)(de)實踐知(zhi)(zhi)識、以(yi)及計算建(jian)模專業知(zhi)(zhi)識。多年來(lai)，幾種有(you)前途的(de)(de)解決方(fang)案(an)要么(me)測試失(shi)敗(bai)，要么(me)僅(jin)提供5-7年的(de)(de)修復。這(zhe)對于(yu)使用(yong)壽(shou)命(ming)至少為(wei)30年的(de)(de)光熱(re)電(dian)站(zhan)來(lai)說，遠遠不(bu)夠。一旦(dan)單個吸熱(re)器(qi)的(de)(de)效(xiao)率下降，更換也(ye)是非常昂貴。氫積累這(zhe)個隱患問題(ti)，藏在眾目(mu)睽睽之下。

因此(ci)，Glatzmaier在能源部太陽能技術辦公室的支(zhi)持和(he)資金支(zhi)持下(xia)，與Acciona Solar Power合作開(kai)發了系統緩解過程，該過程可永久控制(zhi)吸熱器中的氫氣(qi)，以擴展或恢復原始光(guang)熱電(dian)站(zhan)的效率和(he)收(shou)益。

Glatzmaier說(shuo)(shuo)：“對(dui)我(wo)來說(shuo)(shuo)，為光(guang)熱(re)發電技術和(he)(he)行(xing)業(ye)創造一(yi)(yi)些實(shi)用(yong)的用(yong)途(tu)和(he)(he)價值(zhi)一(yi)(yi)直是(shi)我(wo)的優先考慮。”

偵查技巧為解決方案指明了方向

在(zai)尋找解(jie)決方案時，Glatzmaier與其他研究(jiu)人員一起在(zai)莫(mo)哈韋沙漠光熱(re)(re)(re)電站中，上下(xia)推動反向鏡支(zhi)架，拍(pai)攝吸熱(re)(re)(re)器的(de)紅(hong)外圖像(xiang)，以(yi)(yi)監視真空集熱(re)(re)(re)管中玻(bo)璃(li)套管的(de)溫(wen)度(du)。吸熱(re)(re)(re)器設計為在(zai)140°F（華氏度(du)，相當于60℃）的(de)玻(bo)璃(li)表(biao)面溫(wen)度(du)下(xia)運行。然(ran)而，紅(hong)外圖像(xiang)測(ce)量的(de)某些吸熱(re)(re)(re)器的(de)玻(bo)璃(li)表(biao)面溫(wen)度(du)為284°F（140℃）至320°F（160℃）。玻(bo)璃(li)套管的(de)絕緣(yuan)體以(yi)(yi)某種方式受到損害，并且發生了熱(re)(re)(re)損失。

研(yan)究人(ren)員了(le)解(jie)到(dao)，傳熱(re)介質會釋放出氫(qing)氣(qi)，氫(qing)氣(qi)會通過鋼管泄(xie)漏，而氫(qing)氣(qi)是良好(hao)的熱(re)導體。這三(san)個(ge)條件都存在于吸熱(re)器中，而意(yi)外的是高(gao)玻璃表(biao)面溫度提供了(le)第一(yi)個(ge)線索。研(yan)究人(ren)員確定了(le)熱(re)量損(sun)失的原因，但事(shi)實證明，比起設計一(yi)種解(jie)決方案，找出氫(qing)積累(lei)問題要容易得多。

Glatzmaie是一(yi)位(wei)敏(min)銳的(de)(de)(de)觀察(cha)員，對操作員了解光(guang)熱電站(zhan)的(de)(de)(de)工作原理非(fei)常了解。當他(ta)考慮不同的(de)(de)(de)解決(jue)方(fang)案(an)時，他(ta)意(yi)識到如(ru)果要去除(chu)氫氣(qi)，則(ze)必須(xu)在一(yi)個(ge)位(wei)置進行。他(ta)熟悉光(guang)熱電站(zhan)的(de)(de)(de)布(bu)置方(fang)式(shi)，功能以及傳(chuan)(chuan)熱介質(zhi)的(de)(de)(de)循環(huan)方(fang)式(shi)；他(ta)考慮了哪些設(she)備需要接觸到傳(chuan)(chuan)熱介質(zhi)。他(ta)將注意(yi)力集中在容納所有未(wei)循環(huan)的(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)熱介質(zhi)的(de)(de)(de)膨脹罐上。

設計原型的基本要點

在(zai)能源部太陽能技術辦公室(shi)和光(guang)熱電站開發(fa)商(shang)Acciona Solar Power的支持下(xia)，Glatzmaie在(zai)5年的合作中開發(fa)了自己(ji)的分(fen)步解決(jue)方案。

他首先建立了(le)一個計算模型，以(yi)確定維(wei)持循環傳熱介質(zhi)中可(ke)接(jie)受的氫濃(nong)度所需的氫提取(qu)速率。

接下(xia)來(lai)，他開(kai)發了一種氫氣傳感(gan)器，可以(yi)每隔一到兩分鐘進行(xing)一次氣體濃度測量(liang)(liang)。準確(que)實(shi)時地測量(liang)(liang)氫氣的(de)量(liang)(liang)至(zhi)關重(zhong)要(yao)，但是現有的(de)傳感(gan)器要(yao)求將(jiang)樣品發送到實(shi)驗室進行(xing)分析。

第三項任務是開發(fa)一種從膨脹(zhang)罐頂(ding)部空間氣體中提(ti)取氫氣的簡單(dan)方法。使用鈀膜分離出(chu)氫氣，然后(hou)將(jiang)其通過真(zhen)空泵(beng)提(ti)取到催化(hua)氧化(hua)劑中，以水蒸氣形(xing)式(shi)排放。

最后的任務是將(jiang)氫感測(ce)和提取(qu)結合起來，并將(jiang)其集成到一個物理(li)原型(xing)中，該原型(xing)可(ke)以用作光熱(re)電(dian)站規模(mo)模(mo)塊的模(mo)型(xing)。

原型(xing)被制(zhi)造出來，NREL的(de)實驗室(shi)評估證明(ming)了(le)其成功(gong)解(jie)決氫積累問題的(de)能力，從而為(wei)構建和測試現場模塊掃清了(le)道路。

集成式氫氣傳感器/分離器模塊為光熱電站帶來了新生命

據了解，在Acciona的內(nei)華達州Solar One光(guang)熱(re)電站(zhan)設(she)計(ji)并(bing)安裝(zhuang)了一個完整的集(ji)成(cheng)(cheng)式(shi)氫(qing)傳感器/分離器模塊，正在進行的評(ping)估(gu)表明：已(yi)按設(she)計(ji)成(cheng)(cheng)功(gong)運行。該模塊遠遠超出了防止新(xin)吸熱(re)器將來(lai)效率下降的范圍。它通(tong)過將氫(qing)氣從玻璃套管中抽出來(lai)，逐步清(qing)潔現有的受污染吸熱(re)器，并(bing)將其恢復到原來(lai)的運行效率。

圖：工人(ren)在(zai)內華(hua)達(da)Solar One光熱電(dian)站現(xian)場安裝氫(qing)傳感器與提(ti)取裝置

內華達(da)Solar One光(guang)熱(re)電(dian)站，僅用了(le)兩個月就收(shou)回了(le)50萬(wan)美(mei)元的(de)(de)投資。與現場使用壽命(ming)中更換退化的(de)(de)太陽(yang)能吸(xi)(xi)熱(re)器(qi)將(jiang)近2,000萬(wan)美(mei)元的(de)(de)成(cheng)本(ben)相(xiang)比，集成(cheng)的(de)(de)氫傳感器(qi)/分離器(qi)模(mo)塊不僅便宜，還可以(yi)改變游(you)戲規則。另(ling)外，安裝過程中不會對工廠的(de)(de)發電(dian)量造成(cheng)任何昂(ang)貴的(de)(de)中斷(duan)，從而提高了(le)該技(ji)術(shu)對注重成(cheng)本(ben)的(de)(de)光(guang)熱(re)電(dian)站操作人(ren)員(yuan)的(de)(de)吸(xi)(xi)引力。

集(ji)成的(de)(de)(de)氫氣傳感器/分離器模塊是將技術(shu)從NREL轉移到工業領域實(shi)際應用的(de)(de)(de)絕佳案例。正如Glatzmaier指出的(de)(de)(de)那樣：“對我來說，研發的(de)(de)(de)產(chan)品能夠一(yi)直運行是一(yi)個(ge)目標，并(bing)且(qie)這項技術(shu)具有明顯的(de)(de)(de)效(xiao)率和經濟利益。”

為了確保在內(nei)華達(da)Solar One光(guang)熱電(dian)站(zhan)實際運(yun)行中得到的(de)(de)教訓，和能帶(dai)來更廣泛(fan)的(de)(de)好處，NREL正在探索在其(qi)他光(guang)熱電(dian)站(zhan)安裝集成式氫氣傳感器和分(fen)離(li)器模(mo)塊的(de)(de)機會(hui)。