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CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：據(jù)外媒消息，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織CSIRO近日宣布，作為利用“下落陶瓷顆粒”來捕獲和儲(chǔ)存太陽能研究項(xiàng)目的一部分，其位于新南威爾士州紐卡斯?fàn)柕木酃馓柲苎芯咳〉昧诵峦黄啤?/p>

具體而言，由Jin-Soo Kim領(lǐng)導(dǎo)的太陽能技術(shù)團(tuán)隊(duì)最近采用全新概念，在下落粒子接收器中首次實(shí)現(xiàn)了803℃的關(guān)鍵里程碑溫度。

Jin-Soo Kim表示，“這一突破意義重大，因?yàn)樗膳c我們的專利換熱器相結(jié)合，進(jìn)而使更大規(guī)模的可再生能源儲(chǔ)存成為了可能。這項(xiàng)技術(shù)是大規(guī)模提供低成本可再生能源以實(shí)現(xiàn)澳大利亞重工業(yè)脫碳的關(guān)鍵?！?/p>

可承受超1000℃高溫

據(jù)悉，CSIRO太陽能技術(shù)團(tuán)隊(duì)上述研究主要圍繞對(duì)傳統(tǒng)聚光太陽能熱利用技術(shù)(CST)進(jìn)行創(chuàng)新展開。

傳統(tǒng)CST技術(shù)受到所使用的傳熱流體的限制。熔鹽或高溫導(dǎo)熱油等常見流體只能分別承受600℃和400℃的工作溫度。

然而，CSIRO太陽能技術(shù)團(tuán)隊(duì)正在研究的陶瓷顆?？梢猿惺艹^1000℃的溫度，是儲(chǔ)存大量熱量的理想選擇。

在上述研究中，細(xì)如沙子的陶瓷顆粒不僅可以被用來吸收太陽的熱量，還可以儲(chǔ)存熱量，并能夠持續(xù)使用長達(dá)15小時(shí)，從而簡化系統(tǒng)并降低成本。

實(shí)際運(yùn)行過程中，這些直徑不到半毫米的微小深色陶瓷顆粒從吸熱塔頂?shù)牧隙分械袈?，并在下落過程中利用重力實(shí)現(xiàn)一定升溫，同時(shí)被聚光太陽能量加熱。這些粒子的溫度可以快速從500℃飆升到800℃，甚至可通過相關(guān)設(shè)置達(dá)到1000℃。

與傳統(tǒng)依賴管道輸送不同，該系統(tǒng)中的顆?？梢宰杂上侣?，這避免了對(duì)相關(guān)系統(tǒng)鋼材料的熱限制。顆粒加熱后便被儲(chǔ)存在筒倉中，當(dāng)需要時(shí)再被用來生產(chǎn)用于發(fā)電或其他工業(yè)任務(wù)的蒸汽。

當(dāng)粒子冷卻時(shí)會(huì)釋放出能量，可在需要時(shí)提供電力。即使在沒有陽光的情況下（例如夜間或陰天）也可以使用。

據(jù)了解，澳大利亞62%的燃煤發(fā)電站預(yù)計(jì)將在2033年之前關(guān)閉。隨著燃煤電站加速關(guān)閉，配置陶瓷顆粒的CST技術(shù)可以幫助填補(bǔ)這一空白，并為可靠發(fā)電提供綠色替代方案。

圖：CSIRO位于紐卡斯?fàn)柕木酃饧療嵯到y(tǒng)

CSIRO紐卡斯?fàn)栐圏c(diǎn)系統(tǒng)擁有400面反射鏡，而一個(gè)大型商業(yè)化項(xiàng)目可能需要上萬面反射鏡，其發(fā)電能力可與裝機(jī)100MW的燃煤發(fā)電站相當(dāng)。

面臨的挑戰(zhàn)

雖然上述系統(tǒng)工藝流程成功被驗(yàn)證，但開發(fā)過程也面臨著一些挑戰(zhàn)。

比如，粒子落得太快會(huì)散開，導(dǎo)致透光并降低效率。就此問題，研究人員目前采用“先抓后放”的方法來應(yīng)對(duì)：即當(dāng)粒子下落一小段距離后，使其落入一個(gè)槽中，從而降低它們?cè)诼淙胂乱粋€(gè)槽之前的速度。

研究人員Wes Stein表示：“挑戰(zhàn)不在于從太陽收集多少能量，而是如何安全、高效地將能量轉(zhuǎn)化為熱量并將其儲(chǔ)存起來，以供日后使用。CST技術(shù)的發(fā)電過程類似一個(gè)不使用煤的燃煤電站，它會(huì)使用相同的渦輪機(jī)。典型的燃煤電站使用工作溫度在540℃左右的蒸汽渦輪機(jī)，而我們的系統(tǒng)不使用煤來生產(chǎn)過熱蒸汽，而是從太陽中獲取能量并將其儲(chǔ)存10-15小時(shí)?！?/p>

有望助力工業(yè)脫碳

據(jù)了解，工業(yè)過程熱能約占澳大利亞能源使用和排放總量的20%以上?？茖W(xué)家們普遍認(rèn)為，澳大利亞的凈零轉(zhuǎn)型必須包括工業(yè)脫碳途徑。

鑒于新型下落陶瓷顆粒CST技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)與煤炭和天然氣供能系統(tǒng)相同的高溫下提供可再生熱量并持續(xù)數(shù)小時(shí)，研究人員Dominic Saal認(rèn)為，新型下落陶瓷顆粒技術(shù)將擴(kuò)大CST技術(shù)在澳大利亞工業(yè)脫碳過程中的作用。

Dominic Saal同時(shí)建議政府發(fā)布相關(guān)政策來鼓勵(lì)行業(yè)先行者建立當(dāng)?shù)毓?yīng)鏈和專業(yè)知識(shí)，從而加快能源轉(zhuǎn)型，進(jìn)而使澳大利亞工業(yè)領(lǐng)域可以用豐富且低成本的太陽能資源來提高其生產(chǎn)力并提升其在國內(nèi)乃至全球市場的競爭力。

據(jù)悉，澳大利亞太陽能熱利用最高研究機(jī)構(gòu)——澳大利亞太陽能熱研究所(ASTRI)目前正在與寵物食品制造商Mars開展聚光太陽能熱利用技術(shù)相關(guān)研究，后者在Albury Wodonga擁有一家寵物食品加工廠，每年所消耗超過140太焦耳的能量主要由天然氣提供。

目前，Mars正在評(píng)估安裝聚光太陽能熱利用技術(shù)系統(tǒng)為其寵物食品制造過程提供可再生蒸汽的可能性，而這將有可能取代其高達(dá)50%的天然氣使用量。

背景資料：

CSIRO并非唯一研究陶瓷顆粒儲(chǔ)熱與光熱發(fā)電技術(shù)結(jié)合的機(jī)構(gòu)。美國能源部自2015年以來一直在測(cè)試加熱下落陶瓷顆粒，并于今年2月在新墨西哥州開建一座兆瓦級(jí)的下落顆粒設(shè)施，該設(shè)施預(yù)計(jì)將于2024年竣工。

“下一代（聚光太陽能）有可能改變游戲規(guī)則，”美國能源部負(fù)責(zé)能源效率和可再生能源的代理助理部長Alejandro Moreno表示，“該試點(diǎn)設(shè)施將展示CSP系統(tǒng)如何應(yīng)對(duì)實(shí)現(xiàn)長期儲(chǔ)能的挑戰(zhàn)，同時(shí)降低太陽能熱發(fā)電技術(shù)的成本和復(fù)雜性?！?/p>

此外，雖然陶瓷顆粒展示出其作為儲(chǔ)熱介質(zhì)的良好應(yīng)用前景，但其并不一定是光熱發(fā)電系統(tǒng)最有效的存儲(chǔ)介質(zhì)，目前在該領(lǐng)域全球范圍內(nèi)的相關(guān)研發(fā)機(jī)構(gòu)也在探索使用巖石、沙子和其他材料。

而最終誰能夠勝出，或?qū)⒂赡姆N材料工作溫度更高、儲(chǔ)存熱量的時(shí)間越長來決定，屆時(shí)光熱發(fā)電系統(tǒng)將有望徹底解決波動(dòng)性問題，人類社會(huì)也將迎來一個(gè)完全由清潔能源供電的未來。