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CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（SNL）下轄的美國(guó)國(guó)家太陽(yáng)能熱利用測(cè)試中心（NSTTF）將在2020年夏天實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)突破性進(jìn)展，其中包括首次對(duì)粒子接收器和超臨界CO2系統(tǒng)之間的熱交換器進(jìn)行測(cè)試，以及首次將粒子接收器連接到超臨界CO2系統(tǒng)的回路測(cè)試。

SNL聚光太陽(yáng)能項(xiàng)目經(jīng)理Paul Gauche表示：“SNL已經(jīng)建造和試驗(yàn)超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)大約10年了，在Brayton實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)建成了多個(gè)超臨界二氧化碳循環(huán)回路，其中包括可為客戶提供測(cè)試和研究服務(wù)的三個(gè)超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)。”

2015年，SNL向美國(guó)能源部太陽(yáng)能技術(shù)辦公室提出申請(qǐng)，請(qǐng)求其繼續(xù)資助一個(gè)SunShot項(xiàng)目（SuNLaMP）。該項(xiàng)目是規(guī)模更大的第3代粒子中試裝置（G3P3）光熱發(fā)電研究項(xiàng)目的前身，其目標(biāo)是建立一個(gè)帶有集成超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)回路的下落粒子接收器系統(tǒng)，以證明使用聚光集熱系統(tǒng)加熱的顆粒介質(zhì)可以使超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)工作溫度達(dá)到700℃以上。上述研究和測(cè)試是SuNLaMP項(xiàng)目的延續(xù)。

資深科學(xué)家Cliff Ho博士是負(fù)責(zé)這些項(xiàng)目的主要研究員。據(jù)他介紹，集成測(cè)試系統(tǒng)將包括以下組件：下降型粒子接收器、顆粒介質(zhì)到超臨界CO2熱交換器系統(tǒng)、超臨界CO2回路、超臨界CO2回路的間接空氣冷卻系統(tǒng)。

Cliff Ho表示：“這個(gè)集成系統(tǒng)是獨(dú)一無(wú)二的，它將利用陽(yáng)光將粒子加熱到約800°C，然后通過(guò)一級(jí)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(shí)現(xiàn)了可以在設(shè)計(jì)溫度大于700°C、壓力大于20兆帕的情況下，將熱量從移動(dòng)填充床中的顆粒傳遞給超臨界二氧化碳介質(zhì)?！?br/>

按照美國(guó)能源部的計(jì)劃，超臨界CO2循環(huán)技術(shù)將應(yīng)用于下一代光熱發(fā)電技術(shù)，以進(jìn)一步提升系統(tǒng)效率，并最終降低光熱發(fā)電成本。目前相關(guān)的測(cè)試正在NSTTF進(jìn)行，使用的是1978年建造的美國(guó)第一座聚光太陽(yáng)能塔。該塔80萬(wàn)磅重的電梯承載能力允許研究人員建造大型實(shí)驗(yàn)裝備并將其提升到塔頂。

圖：安裝在顆粒接收器組件中的熱交換器

研究背景：

下降粒子接收器（Falling particle receiver）技術(shù)之所以吸引了研究者的關(guān)注，是因?yàn)槠淇梢栽谳^高溫度下高效集熱并存儲(chǔ)熱能，而不會(huì)發(fā)生任何分解。這解決了傳統(tǒng)熔鹽吸熱儲(chǔ)熱在高溫下運(yùn)行會(huì)升華為氣體而散失的一大弊端。

這種熱量接收器的實(shí)驗(yàn)型樣機(jī)在Sandia實(shí)驗(yàn)室開發(fā)完成，像沙子一樣的陶瓷顆粒通過(guò)一束被聚焦的太陽(yáng)強(qiáng)光照射后就能獲取和存儲(chǔ)太陽(yáng)熱能，這些粒子吸熱后被存儲(chǔ)至下部的一個(gè)保溫絕熱箱內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)熱和發(fā)電。該技術(shù)的運(yùn)行溫度可達(dá)將近1000攝氏度，如此高的運(yùn)行溫度將有效提升集熱效率，降低儲(chǔ)熱成本。因?yàn)橥瑯拥膬?chǔ)熱量，溫度越高則需求的儲(chǔ)熱介質(zhì)越少。

塔式光熱電站目前一般采用水或熔鹽作為工質(zhì)，運(yùn)行溫度不會(huì)高于550攝氏度，熱電轉(zhuǎn)化效率不會(huì)高于40%。而這種下降型粒子接收器的高溫運(yùn)行優(yōu)勢(shì)十分明顯，采用上述吸熱儲(chǔ)熱技術(shù)可顯著提升塔式光熱電站的熱電轉(zhuǎn)換效率至50%甚至更高。

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