CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：據(jù)外媒報道，目前NREL（美國國家可再生能源實驗室）和Acciona Solar Power正在開發(fā)一種新技術(shù)，通過集成的氫傳感器/分離模塊來逆轉(zhuǎn)太陽能光熱電站吸熱器領(lǐng)域中氫積累的高成本效應(yīng)，從而實現(xiàn)長期提高太陽能光熱電站效率和收益的目標(biāo)。

自上世紀(jì)80年代中期以來，人們開始利用太陽能熱發(fā)電生產(chǎn)的清潔能源為家庭、學(xué)校、辦公室和社區(qū)供電。然而，目前普遍開發(fā)的槽式光熱電站面臨的一個持續(xù)挑戰(zhàn)是氫氣的積累，這對于減輕和降低光熱電站效率而言可能是昂貴的。NREL高級科學(xué)家Greg Glatzmaier一直致力于花費大量時間來尋求解決氫積累的技術(shù)方案。

槽式光熱電站多年遭受氫氣累積的困擾

采用槽式技術(shù)路線的太陽能光熱電站中，集熱管沿彎曲的聚光鏡運行，以吸收太陽的能量。在操作過程中，將熱量從槽式集熱器輸送到蒸汽輪機的有機基介質(zhì)，會遭受很小但恒定的熱擊穿。盡管產(chǎn)生的氫氣微乎其微，但會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響——造成熱損失，可能使整個光熱電站的效率和收益降低15％。全世界有80多個槽式光熱電站在運營，這估計會導(dǎo)致750兆瓦的發(fā)電能力損失和每年約2.5億美元的收入損失。

而不可避免地，所有槽式光熱電站的設(shè)備都會遭受氫氣堆積的困擾。

要開發(fā)出解決這一棘手問題的有效解決方案，就需要Glatzmaier具備的所有偵查技能：敏銳的觀察力、光熱電站運營的實踐知識、以及計算建模專業(yè)知識。多年來，幾種有前途的解決方案要么測試失敗，要么僅提供5-7年的修復(fù)。這對于使用壽命至少為30年的光熱電站來說，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。一旦單個吸熱器的效率下降，更換也是非常昂貴。氫積累這個隱患問題，藏在眾目睽睽之下。

因此，Glatzmaier在能源部太陽能技術(shù)辦公室的支持和資金支持下，與Acciona Solar Power合作開發(fā)了系統(tǒng)緩解過程，該過程可永久控制吸熱器中的氫氣，以擴展或恢復(fù)原始光熱電站的效率和收益。

Glatzmaier說：“對我來說，為光熱發(fā)電技術(shù)和行業(yè)創(chuàng)造一些實用的用途和價值一直是我的優(yōu)先考慮。”

偵查技巧為解決方案指明了方向

在尋找解決方案時，Glatzmaier與其他研究人員一起在莫哈韋沙漠光熱電站中，上下推動反向鏡支架，拍攝吸熱器的紅外圖像，以監(jiān)視真空集熱管中玻璃套管的溫度。吸熱器設(shè)計為在140°F（華氏度，相當(dāng)于60℃）的玻璃表面溫度下運行。然而，紅外圖像測量的某些吸熱器的玻璃表面溫度為284°F（140℃）至320°F（160℃）。玻璃套管的絕緣體以某種方式受到損害，并且發(fā)生了熱損失。

研究人員了解到，傳熱介質(zhì)會釋放出氫氣，氫氣會通過鋼管泄漏，而氫氣是良好的熱導(dǎo)體。這三個條件都存在于吸熱器中，而意外的是高玻璃表面溫度提供了第一個線索。研究人員確定了熱量損失的原因，但事實證明，比起設(shè)計一種解決方案，找出氫積累問題要容易得多。

Glatzmaie是一位敏銳的觀察員，對操作員了解光熱電站的工作原理非常了解。當(dāng)他考慮不同的解決方案時，他意識到如果要去除氫氣，則必須在一個位置進(jìn)行。他熟悉光熱電站的布置方式，功能以及傳熱介質(zhì)的循環(huán)方式；他考慮了哪些設(shè)備需要接觸到傳熱介質(zhì)。他將注意力集中在容納所有未循環(huán)的傳熱介質(zhì)的膨脹罐上。

設(shè)計原型的基本要點

在能源部太陽能技術(shù)辦公室和光熱電站開發(fā)商Acciona Solar Power的支持下，Glatzmaie在5年的合作中開發(fā)了自己的分步解決方案。

他首先建立了一個計算模型，以確定維持循環(huán)傳熱介質(zhì)中可接受的氫濃度所需的氫提取速率。

接下來，他開發(fā)了一種氫氣傳感器，可以每隔一到兩分鐘進(jìn)行一次氣體濃度測量。準(zhǔn)確實時地測量氫氣的量至關(guān)重要，但是現(xiàn)有的傳感器要求將樣品發(fā)送到實驗室進(jìn)行分析。

第三項任務(wù)是開發(fā)一種從膨脹罐頂部空間氣體中提取氫氣的簡單方法。使用鈀膜分離出氫氣，然后將其通過真空泵提取到催化氧化劑中，以水蒸氣形式排放。

最后的任務(wù)是將氫感測和提取結(jié)合起來，并將其集成到一個物理原型中，該原型可以用作光熱電站規(guī)模模塊的模型。

原型被制造出來，NREL的實驗室評估證明了其成功解決氫積累問題的能力，從而為構(gòu)建和測試現(xiàn)場模塊掃清了道路。

集成式氫氣傳感器/分離器模塊為光熱電站帶來了新生命

據(jù)了解，在Acciona的內(nèi)華達(dá)州Solar One光熱電站設(shè)計并安裝了一個完整的集成式氫傳感器/分離器模塊，正在進(jìn)行的評估表明：已按設(shè)計成功運行。該模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了防止新吸熱器將來效率下降的范圍。它通過將氫氣從玻璃套管中抽出來，逐步清潔現(xiàn)有的受污染吸熱器，并將其恢復(fù)到原來的運行效率。

圖：工人在內(nèi)華達(dá)Solar One光熱電站現(xiàn)場安裝氫傳感器與提取裝置

內(nèi)華達(dá)Solar One光熱電站，僅用了兩個月就收回了50萬美元的投資。與現(xiàn)場使用壽命中更換退化的太陽能吸熱器將近2,000萬美元的成本相比，集成的氫傳感器/分離器模塊不僅便宜，還可以改變游戲規(guī)則。另外，安裝過程中不會對工廠的發(fā)電量造成任何昂貴的中斷，從而提高了該技術(shù)對注重成本的光熱電站操作人員的吸引力。

集成的氫氣傳感器/分離器模塊是將技術(shù)從NREL轉(zhuǎn)移到工業(yè)領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的絕佳案例。正如Glatzmaier指出的那樣：“對我來說，研發(fā)的產(chǎn)品能夠一直運行是一個目標(biāo)，并且這項技術(shù)具有明顯的效率和經(jīng)濟(jì)利益。”

為了確保在內(nèi)華達(dá)Solar One光熱電站實際運行中得到的教訓(xùn)，和能帶來更廣泛的好處，NREL正在探索在其他光熱電站安裝集成式氫氣傳感器和分離器模塊的機會。