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    新型粒子接收器可显著提高塔式电站效率

(中国太阳能产业资讯荐)美国Sandia国家实验室的工程师们和乔治亚理工学院、巴克内尔大学、沙特国王大学以及德国DLR的合伙伙伴,正在研发一种新型的塔式热量接收器。这是一种“下降粒子接收器”,可帮助大规模光热发电站更高效地将太阳能转化为电能。

图:下降粒子接收器

  下降粒子接收器(Falling particle receiver)技术之所以吸引了研究者的关注,是因为其可以在较高温度下高效集热并存储热能,而不会发生任何分解。这解决了传统熔盐吸热储热在高温下运行会升华为气体而散失的一大弊端。这种热量接收器的实验型样机在Sandia实验室开发完成,像沙子一样的陶瓷颗粒通过一束被聚焦的太阳强光照射后就能获取和存储太阳热能,这些粒子吸热后被存储至下部的一个保温绝热箱内进行储热和发电。该技术的运行温度可达将近1000摄氏度,如此高的运行温度将有效提升集热效率,降低储热成本。因为同样的储热量,温度越高则需求的储热介质越少。

  塔式光热电站目前一般采用水或熔盐作为工质,运行温度不会高于550摄氏度,热电转化效率不会高于40%。而这种下降型粒子接收器的高温运行优势十分明显,采用上述吸热储热技术可显著提升塔式光热电站的热电转换效率至50%甚至更高。

  “我们现在的目标是开发这种下降型粒子接收器的原型机,实现至少700摄氏度的运行温度,来验证其是否具备理论上的90%以上的潜在集热效率,并验证其成本效益。”该项目的主要研究者,Sandia实验室的工程师Cliff Ho表示,“如果该技术经过原型机的验证,未来将可以推向应用,将显著提高塔式太阳能光热发电的系统性能,大大削减储热成本。”

  该项目获得了美国能源部Sunshot计划的支持,给予其超过400万美元的资金扶持。Sunshot计划致力于通过扶持创新型的太阳能技术研发,帮助太阳能发电技术实现低成本的广泛应用。

  事实上,下降型粒子接收器技术早于1980年代就开始研发,其面临的困难也很多。Sandia实验室的研究人员正在忙于应对一些挑战,这一概念要被广泛接受还存在一些障碍,比如减小粒子损失,维持下降粒子的稳定性,增加下降粒子在强聚光下的停留时间,降低腔式吸热器的热损等等。这些技术上的难题仍有待突破。

  Ho和他在Sandia实验室的同事一直以来在着手解决上述问题,他们着手通过增加“空气幕”来解决上述问题,空气幕由数个鼓风机喷嘴通过鼓风实现,来帮助下降的粒子停留于强光下更长时间,保持其稳定性,降低对流热损。通过调整粒子颗粒的大小,研究沙子如何掉落也带来了一些帮助,这可以确保更多的沙子在集热腔内获得热能,并在底部实现更多的热能存储。他们也在研究利用升降机通过一个通道对加热后的粒子进行二次循环加热以增加其温度的可行性。

  Ho表示,“美国国家太阳能热利用测试中心(NSTTF)为该技术的研发提供了实践平台支持,我们有开发原型机硬件的能力,我们将在NSTTF实践我们这一经过仿真的概念设计,这将包括空气再循环和粒子再循环方面的创新,这里先进的计算处理能力可以满足我们这种设计理念复杂的仿真计算需求。我们被我们的研发在这里取得的快速进展所鼓舞,我们期待该技术能够在这里实现。”

  下降型粒子接收器技术被寄希望于将塔式电站推向更大装机(100MW以上)的应用,该项目计划于2015年开展测试已准备好的应用设计。

 
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