美國Verdicorp推低成本膠囊式相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)
發(fā)布者：CSPPLAZA | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評(píng)論 | 16537查看 | 2015-02-06 17:37:00
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報(bào)道：光熱發(fā)電因伴有儲(chǔ)熱系統(tǒng)而具備了可持續(xù)穩(wěn)定與可調(diào)度供電的核心競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)，美國能源部SunShot計(jì)劃提出到2020年實(shí)現(xiàn)6美分/kWh的光熱發(fā)電成本目標(biāo)，其中對(duì)儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)定的目標(biāo)為15美元/kWhth。而目前的實(shí)際成本仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出這一目標(biāo)值，如何更快地降低儲(chǔ)熱系統(tǒng)的成本是光熱發(fā)電行業(yè)須著力突破的關(guān)鍵一環(huán)。
除了目前常見的熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)，更多新型的低成本儲(chǔ)熱系統(tǒng)方案被提出并開始逐步推向?qū)嶒?yàn)和示范驗(yàn)證。美國佛羅里達(dá)大學(xué)研發(fā)的膠囊式相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)就是一種獨(dú)特的新型儲(chǔ)熱解決方案。據(jù)稱，采用該技術(shù)可以大大削減儲(chǔ)熱成本。CSPPLAZA記者為此采訪了Verdicorp中國區(qū)代表北京百富麗科技有限公司總經(jīng)理佟光華。
佟光華表示，該儲(chǔ)熱技術(shù)采用膠囊式包裝熔鹽以實(shí)現(xiàn)相變儲(chǔ)熱。之所以采用這種膠囊結(jié)構(gòu)，是為了解決傳統(tǒng)熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)投資成本高及有腐蝕性的問題。首先，熔鹽的優(yōu)勢(shì)是價(jià)格低廉，來源普遍，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，導(dǎo)熱系數(shù)與載熱容量高。但是考慮到熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的熱損失和熔鹽的腐蝕性問題，必須對(duì)熔鹽管道做好保溫，以避免熔鹽凝固，同時(shí)目前采用的雙罐系統(tǒng)也使得熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的投資較為高昂。儲(chǔ)熱系統(tǒng)的投資是光熱發(fā)電站僅次于光場(chǎng)的第二大類別。削減熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)高昂的投資成本，可大幅降低光熱發(fā)電的度電成本。
相變?nèi)埯}是一種具有特殊感光性和可快速充放熱的具有特殊導(dǎo)熱性的高溫材料，由多種不同的熔鹽以一定比例配比而成，具體可根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行溫度需要選擇材料配比。將這種相變材料封裝于小型的膠囊狀球體中，可有效解決相變材料對(duì)儲(chǔ)熱箱體的腐蝕問題，并可采用價(jià)格更為低廉的單罐設(shè)計(jì)。
對(duì)于該儲(chǔ)熱球的制造和封裝工序，研究人員首先采用液壓機(jī)將這種粉狀相變蓄熱材料壓縮，然后用一種低成本、可硬化并具有高滲透率的聚合物涂布將壓縮后的相變材料包裹起來，再通過加熱工序，使相變材料膨脹，聚合物涂布膨脹將空氣逼出材料球內(nèi)，形成真空。再通過放熱過程，相變材料在球體內(nèi)由外向內(nèi)冷卻成為固態(tài)，因空氣在加熱過程中被逼出，中心部位形成真空狀態(tài)，然后采用電鍍或高溫?zé)Y(jié)技術(shù)將包裹起來的相變儲(chǔ)熱球封裝一層金屬外殼或者陶瓷外殼。（見圖1）
圖1：金屬外殼相變蓄熱球制造過程
而之所以將儲(chǔ)熱球進(jìn)行真空處理，是因?yàn)閮?chǔ)熱球在使用過程中，相變材料在球體內(nèi)部會(huì)因融化而膨脹，造成內(nèi)部壓力升高，可能會(huì)對(duì)球體造成損壞，真空處理后球體內(nèi)部就預(yù)留了一部分空間，可保證相變材料在充放熱過程中不會(huì)對(duì)球體外殼造成損壞。
無數(shù)個(gè)儲(chǔ)熱球次序排列在集裝箱式的儲(chǔ)熱箱體中，就形成了一種獨(dú)特的集裝箱式相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)。目前，儲(chǔ)熱球的排列方式有內(nèi)置式和相變瀑流式兩種，可根據(jù)項(xiàng)目場(chǎng)地的大小選擇不同的排列方式，兩種儲(chǔ)熱箱在制作費(fèi)用方面會(huì)有所差異。（見圖2）
圖2：模塊化相變蓄熱球儲(chǔ)熱系統(tǒng)的兩種排列結(jié)構(gòu)
采用陶瓷外殼和金屬外殼的兩種儲(chǔ)熱球使用的熔鹽成份和配制比例都不相同，這使得它們可以應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。金屬外殼相變儲(chǔ)熱球可以應(yīng)用于中溫領(lǐng)域，運(yùn)行溫度為0℃～400℃；高溫(400~1000℃)應(yīng)用領(lǐng)域則必須采用陶瓷外殼，陶瓷外殼的燒結(jié)也是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，陶瓷通常有毛孔，必須在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過相變材質(zhì)熔點(diǎn)1200~1600℃的溫度燒結(jié)，佛羅里達(dá)大學(xué)通過與日本京瓷的合作克服了陶瓷外殼的生產(chǎn)技術(shù)問題。
根據(jù)佛羅里達(dá)大學(xué)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和與常規(guī)儲(chǔ)熱系統(tǒng)對(duì)比證明，這種相變型儲(chǔ)熱系統(tǒng)具有以下幾方面優(yōu)勢(shì)。第一，陶瓷外殼的相變儲(chǔ)熱球儲(chǔ)熱系統(tǒng)運(yùn)行溫度范圍在400~1000℃之間，遠(yuǎn)高于目前常用的熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)最高550℃的工作溫度，可以有效提高光熱電站的發(fā)電效率；第二，該儲(chǔ)熱系統(tǒng)采用單罐設(shè)計(jì)，大幅降低儲(chǔ)熱儲(chǔ)罐的投資。另外也可以采用集裝箱式組裝結(jié)構(gòu)，安裝靈活，適合分布式與地面面積有限的項(xiàng)目。第三，該儲(chǔ)熱系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)用戶需要滿足不同領(lǐng)域的儲(chǔ)熱應(yīng)用，既可應(yīng)用于分布式儲(chǔ)熱領(lǐng)域，也可以用于大規(guī)模光熱電站；第四，相對(duì)目前市場(chǎng)上的儲(chǔ)熱系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性方面有了很大提高，有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭力。
目前這種金屬外殼的相變儲(chǔ)熱球在300~400℃的溫度范圍已完成2200次充放熱循環(huán)老化測(cè)試（折合系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行7年），傳儲(chǔ)熱各項(xiàng)參數(shù)表現(xiàn)穩(wěn)定。佟光華告訴CSPPLAZA記者，陶瓷外殼相變儲(chǔ)熱球在400~1000℃溫度范圍的老化測(cè)試目前正在進(jìn)行中。根據(jù)整體測(cè)試結(jié)果評(píng)估，這種新型相變儲(chǔ)熱球儲(chǔ)熱系統(tǒng)的運(yùn)行壽命可以達(dá)到25年以上。
佟光華重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了這種新型相變材料儲(chǔ)熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，他估測(cè)該儲(chǔ)熱系統(tǒng)售價(jià)可達(dá)到200元/千瓦時(shí)熱以下，相比目前市場(chǎng)上熔鹽儲(chǔ)熱約300元~400元/千瓦時(shí)熱的市場(chǎng)價(jià)格大大降低，而且由于其模塊化、安裝靈活的特性，在光熱發(fā)電和各種工業(yè)熱利用領(lǐng)域都會(huì)有極強(qiáng)的適用性。
目前，Verdicorp公司計(jì)劃在澳大利亞昆士蘭利用豐富的太陽熱資源，推出34個(gè)分布式光熱發(fā)電站，采用新的相變技術(shù)作為電站24小時(shí)發(fā)電的儲(chǔ)能系統(tǒng),取代目前昂貴的柴油發(fā)電站。在國內(nèi)，已經(jīng)開始與西北客戶規(guī)劃使用這套蓄熱系統(tǒng)作為分布式光熱發(fā)電與供暖裝置的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
佟光華同時(shí)表示，Verdicorp公司已經(jīng)取得美國佛羅里達(dá)大學(xué)專利技術(shù)授權(quán)，同時(shí)也在申請(qǐng)相關(guān)制造技術(shù)的專利。目前Verdicorp正在中國市場(chǎng)尋找合作伙伴開拓相變?nèi)埯}蓄熱市場(chǎng)，有意向的光熱行業(yè)企業(yè)或投資體可與其聯(lián)系洽談多方面合作，共同推進(jìn)這種新型相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)的商業(yè)化應(yīng)用。
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