美研發(fā)高導(dǎo)熱石墨泡沫 儲(chǔ)熱能力可達(dá)常規(guī)熔鹽系統(tǒng)20倍以上
發(fā)布者：本網(wǎng)記者Cassie | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評(píng)論 | 8342查看 | 2016-09-18 09:54:00
目前，光熱電站所配置的儲(chǔ)熱系統(tǒng)使用的還是一些低能量密度和低熱導(dǎo)率的物質(zhì)，要想滿足電廠的儲(chǔ)熱需求，往往需要大量儲(chǔ)熱材料，成本較高。為解決此問題，科研人員設(shè)計(jì)了一種更廉價(jià)的儲(chǔ)熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅占用空間顯著減小，而且儲(chǔ)熱能力比常規(guī)儲(chǔ)熱系統(tǒng)要高20倍以上。
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報(bào)道：目前，來自美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的機(jī)械工程師于文華正在測(cè)試一個(gè)新的儲(chǔ)熱系統(tǒng)模型，該系統(tǒng)的儲(chǔ)熱效率據(jù)稱可以達(dá)到常規(guī)潛熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)的20倍以上。據(jù)悉，測(cè)試結(jié)果證實(shí)了新系統(tǒng)的儲(chǔ)熱能力以及在光熱發(fā)電或者其他潛在應(yīng)用領(lǐng)域所能實(shí)現(xiàn)的儲(chǔ)熱效率。
光熱利用受限于多云或夜間等不利天氣條件，因而儲(chǔ)熱對(duì)于太陽能的充分利用來說顯得至關(guān)重要。在過去的幾年中，光熱電站已經(jīng)開始使用儲(chǔ)存的熱能來驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)，在夜晚和用電高峰期進(jìn)行發(fā)電。
目前的儲(chǔ)熱系統(tǒng)所使用的儲(chǔ)熱物質(zhì)，每公斤只能存儲(chǔ)很少的熱量。因此必須花費(fèi)更大的成本來采購這些儲(chǔ)熱物質(zhì)才能達(dá)到光熱電站的儲(chǔ)熱要求。
阿貢研發(fā)團(tuán)隊(duì)獲得了來自美國能源局SunShot計(jì)劃的研發(fā)資金，正在建設(shè)高效潛熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)（LHTES）的示范項(xiàng)目并進(jìn)行進(jìn)一步的研究測(cè)試。SunShot計(jì)劃由美國國家資金支持，爭(zhēng)取在2020年之前使太陽能在同其他電力生產(chǎn)方式競(jìng)爭(zhēng)時(shí)具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
阿貢研發(fā)小組的儲(chǔ)熱系統(tǒng)采用了相變介質(zhì)，介質(zhì)熔化時(shí)會(huì)儲(chǔ)存熱量，凝固時(shí)會(huì)釋放熱量，類似于電池的充放電過程。
事實(shí)上，氯化鈉等廉價(jià)的熔鹽可以用做相變物質(zhì)，但因?yàn)槠漭^低的熱導(dǎo)率，它們?cè)诂F(xiàn)行儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的使用也受到了一些限制。
然而，阿貢LHTES系統(tǒng)通過將熔鹽與一種高導(dǎo)熱率的石墨泡沫結(jié)合，顯著提升了這些熔鹽的熱導(dǎo)率。這種結(jié)合減少了儲(chǔ)熱物質(zhì)的整體需求量，進(jìn)而降低了建設(shè)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的成本，同時(shí)還使熱能的轉(zhuǎn)換更加高效，能夠滿足供應(yīng)系統(tǒng)8到12小時(shí)的能量儲(chǔ)存需要，正好可以滿足一個(gè)光熱電站一整晚的熱量儲(chǔ)存需要。
阿貢熱機(jī)械技術(shù)小組的負(fù)責(zé)人Dileep Singh說：“相變物質(zhì)通常都有較低的熱導(dǎo)率，因此很難滿足儲(chǔ)熱的要求。然而，具有高導(dǎo)熱率特性的石墨泡沫正好滿足了導(dǎo)熱率上的需求。所以我們想，為什么不將相變物質(zhì)與石墨泡沫相結(jié)合呢？”
有透氣性的石墨泡沫將熔鹽集中在氣孔中，加速了熔鹽的熔化和凝固。該小組還證明了隨時(shí)間推進(jìn)這種快速的相變過程能夠一直維持。在對(duì)混合物的最初模型進(jìn)行成功測(cè)試后，研究小組現(xiàn)在準(zhǔn)備將示范模型擴(kuò)大50倍。
雖然這種示范性的模型系統(tǒng)仍然小于商用電廠的規(guī)模，但在今年秋天該系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試，并有可能擴(kuò)大其應(yīng)用，比如為小型電網(wǎng)提供后備電源，或者用來儲(chǔ)存其他發(fā)電廠產(chǎn)生的余熱。這個(gè)初步的系統(tǒng)也將進(jìn)一步改進(jìn)3-D熱模型技術(shù)，來更好的評(píng)估系統(tǒng)性能，并且有利于規(guī)劃更大規(guī)模的儲(chǔ)熱系統(tǒng)。
阿貢機(jī)械工程師于文華表示：“我們正在尋求建設(shè)更大規(guī)模的電廠系統(tǒng)，今年我們正在建設(shè)的這種示范性系統(tǒng)正好可以作為組成這個(gè)更大規(guī)模系統(tǒng)中的一個(gè)小模塊。其實(shí)大規(guī)模的系統(tǒng)正是由許多的小模塊合理地組織在一起構(gòu)成的。
全尺寸大小的系統(tǒng)設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)可以滿足目前電廠的儲(chǔ)熱需求。目前的電廠使用氯化鎂作為儲(chǔ)熱介質(zhì)，在450-600攝氏度（850-1100華氏度）下驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電的。當(dāng)更先進(jìn)的超臨界二氧化碳汽輪機(jī)上線后，該系統(tǒng)還可以使用氯化鈉作為儲(chǔ)熱介質(zhì)。這種超臨界二氧化碳汽輪機(jī)比蒸汽輪機(jī)更有效率，但要在更高的700攝氏度（1300華氏度）下運(yùn)行。
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