5月29日，在位于浙江省湖州市吳興區(qū)的浙江高晟光熱發(fā)電技術(shù)研究院有限公司（簡稱“高晟研究院”）新技術(shù)實驗室，新一代光熱發(fā)電技術(shù)試驗平臺經(jīng)過調(diào)試投入使用。

圖：固體顆粒吸儲熱全流程驗證平臺

隨著兼具調(diào)峰電源和儲能雙重功能的優(yōu)勢逐漸受到關(guān)注，在政策加持下，光熱發(fā)電正迎來新的發(fā)展機遇。作為新一代光熱發(fā)電吸儲熱技術(shù)的顆粒吸儲熱技術(shù)，是光熱發(fā)電未來發(fā)展的重要方向，而新一代光熱發(fā)電技術(shù)試驗平臺將在試驗測試與優(yōu)化中，助推該技術(shù)的快速發(fā)展。

推進新一代光熱發(fā)電核心技術(shù)發(fā)展

在碳達峰、碳中和目標及能源安全戰(zhàn)略的引領(lǐng)下，我國正在加快構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，但由于風(fēng)電、光伏等新能源與生俱來的隨機性、波動性和不可控等缺陷，電力系統(tǒng)面臨安全、穩(wěn)定和調(diào)節(jié)能力等方面的挑戰(zhàn)。為此，光熱發(fā)電因自帶大規(guī)模且高效的儲能系統(tǒng)，出力穩(wěn)定可調(diào)，調(diào)節(jié)響應(yīng)速度快，成為一種理想的調(diào)峰電源，在能源轉(zhuǎn)型中具有廣泛的應(yīng)用前景。

目前，光熱發(fā)電采用的主流吸儲熱介質(zhì)為二元熔鹽，二元熔鹽吸儲熱系統(tǒng)投資成本較高，且吸儲熱溫度被限制在565℃，導(dǎo)致后端配套的朗肯循環(huán)發(fā)電效率小于45%，因此基于熔鹽儲能的光熱發(fā)電度電成本仍舊偏高。高晟研究院院長金建祥表示，“為進一步提高塔式光熱發(fā)電效率，降低光熱電站的度電成本，急需開發(fā)一種更高溫度且廉價的吸、儲熱技術(shù)?！?/p>

據(jù)項目負責(zé)人介紹，固體顆粒吸熱溫度高（可達1000℃），無腐蝕性，吸儲換熱設(shè)備無需采用高性能合金材料，價格低廉，是第三代光熱發(fā)電吸儲熱技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。不過，顆粒吸儲熱技術(shù)尚處于試驗研究階段，關(guān)鍵設(shè)備與關(guān)鍵技術(shù)在工程應(yīng)用上的可行性有待驗證，需要通過開展立項研究篩選關(guān)鍵設(shè)備最優(yōu)技術(shù)路線，開發(fā)關(guān)鍵設(shè)備測試樣機并進行試驗優(yōu)化，提高關(guān)鍵設(shè)備性能參數(shù)，研究關(guān)鍵參數(shù)和關(guān)鍵工藝，掌握基于顆粒吸儲熱技術(shù)的第三代塔式光熱發(fā)電的核心技術(shù)。由此，新一代光熱發(fā)電技術(shù)試驗平臺應(yīng)運而生。

圖：陶瓷顆粒

通過搭建超高溫顆粒吸儲熱試驗驗證平臺，新一代光熱發(fā)電技術(shù)試驗平臺將完成顆粒吸熱器、換熱器、提升機及閥門等關(guān)鍵設(shè)備的試驗測試與優(yōu)化，掌握新一代光熱發(fā)電顆粒吸、儲熱系統(tǒng)的關(guān)鍵工藝，實現(xiàn)吸熱、儲換熱溫度目標為700-800℃及大規(guī)模超高溫系統(tǒng)工程化工藝。同時，該平臺還結(jié)合超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)，以光熱發(fā)電系統(tǒng)效率提升30%、成本降低10%為目標，推進我國第三代光熱發(fā)電核心技術(shù)發(fā)展。

“顆粒吸儲熱技術(shù)可降低光熱電站投資成本，并提高吸儲熱溫度，因此有望成為第三代光熱發(fā)電主流技術(shù)?！备哧裳芯吭合嚓P(guān)負責(zé)人指出，通過新一代光熱發(fā)電技術(shù)試驗平臺的研究，可以篩選出具有商業(yè)化應(yīng)用潛力的顆粒關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)，打通并驗證顆粒吸儲熱系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵參數(shù)與關(guān)鍵工藝，掌握基于顆粒吸儲熱技術(shù)的第三代塔式光熱發(fā)電核心技術(shù)。

角逐新一輪全球技術(shù)“競跑”

作為光伏發(fā)電未來發(fā)展的方向，目前，顆粒吸儲熱技術(shù)在全球備受關(guān)注。美國能源部在2017~2021年近4年時間內(nèi)針對固體顆粒、高溫熔鹽和氣體吸熱三種技術(shù)路線進行論證分析，最終在2021年3月選擇固體顆粒作為第三代光熱技術(shù)路線，并提供2500萬美元資金支持SNL開展顆粒試驗。德國DLR的HiFlex（用于柔性能源系統(tǒng)的高存儲密度光熱發(fā)電）項目是全球首個采用固體顆粒技術(shù)的預(yù)商業(yè)化光熱系統(tǒng)，獲得了歐盟“地平線2020研究與創(chuàng)新框架計劃”1350萬歐元的支持。法國CNRS的Next-CSP項目搭建了4MWt的顆粒光熱發(fā)電試驗平臺，正在開展150MW規(guī)模電站的設(shè)計預(yù)研工作。

據(jù)悉，顆粒儲能型光熱電站的關(guān)鍵設(shè)備包括吸熱器、換熱器、儲罐及提升機等，各個環(huán)節(jié)的研究都已在全球展開“角逐”。例如，在顆粒吸熱器方面，目前中國、美國、法國、德國、沙特阿拉伯、澳大利亞等多個國家的研究機構(gòu)都在積極開展各自技術(shù)路線的MW級熱態(tài)試驗；換熱器和儲罐領(lǐng)域也吸引了美國、歐盟和沙特諸多研究機構(gòu)的持續(xù)研究突破。

在高晟研究院相關(guān)負責(zé)人看來，掌握顆粒技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備及系統(tǒng)集成方法，將有望在下一代低成本光熱發(fā)電技術(shù)中建立技術(shù)壁壘，從而在與其他光熱發(fā)電技術(shù)乃至其他新型儲能技術(shù)的競爭中占據(jù)有利地位。

為在新一輪的光熱發(fā)電技術(shù)國際競爭中實現(xiàn)領(lǐng)跑，新一代光熱發(fā)電技術(shù)試驗平臺在先進性方面做了諸多努力，例如采用了太陽模擬器對自然光進行模擬，以克服太陽輻射受時間和氣候的影響。據(jù)相關(guān)負責(zé)人介紹，“太陽模擬器規(guī)模為200kWe，由20盞10kWe的大功率氙燈組成，是目前國內(nèi)、外民用領(lǐng)域最大的聚光式太陽模擬器之一?！?/p>

圖：大功率聚光式太陽模擬器

此外，該平臺還搭建了由高晟研究院自主開發(fā)的顆粒吸熱器、超高溫顆粒儲罐、PCHE型顆粒換熱器等設(shè)備組成的全流程驗證平臺，采用陶瓷顆粒作為吸儲熱介質(zhì)，吸儲熱溫度可達750℃，關(guān)鍵性能指標可媲美美國桑迪亞實驗室、法國國家科學(xué)研究中心、德國宇航中心等國際研究機構(gòu)搭建的顆粒實驗平臺。

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