CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：據(jù)外媒消息，澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織CSIRO近日宣布，作為利用“下落陶瓷顆粒”來捕獲和儲存太陽能研究項目的一部分，其位于新南威爾士州紐卡斯爾的聚光太陽能研究取得了新突破。

具體而言，由Jin-Soo Kim領(lǐng)導的太陽能技術(shù)團隊最近采用全新概念，在下落粒子接收器中首次實現(xiàn)了803℃的關(guān)鍵里程碑溫度。

Jin-Soo Kim表示，“這一突破意義重大，因為它可與我們的專利換熱器相結(jié)合，進而使更大規(guī)模的可再生能源儲存成為了可能。這項技術(shù)是大規(guī)模提供低成本可再生能源以實現(xiàn)澳大利亞重工業(yè)脫碳的關(guān)鍵。”

可承受超1000℃高溫

據(jù)悉，CSIRO太陽能技術(shù)團隊上述研究主要圍繞對傳統(tǒng)聚光太陽能熱利用技術(shù)(CST)進行創(chuàng)新展開。

傳統(tǒng)CST技術(shù)受到所使用的傳熱流體的限制。熔鹽或高溫導熱油等常見流體只能分別承受600℃和400℃的工作溫度。

然而，CSIRO太陽能技術(shù)團隊正在研究的陶瓷顆粒可以承受超過1000℃的溫度，是儲存大量熱量的理想選擇。

在上述研究中，細如沙子的陶瓷顆粒不僅可以被用來吸收太陽的熱量，還可以儲存熱量，并能夠持續(xù)使用長達15小時，從而簡化系統(tǒng)并降低成本。

實際運行過程中，這些直徑不到半毫米的微小深色陶瓷顆粒從吸熱塔頂?shù)牧隙分械袈洌⒃谙侣溥^程中利用重力實現(xiàn)一定升溫，同時被聚光太陽能量加熱。這些粒子的溫度可以快速從500℃飆升到800℃，甚至可通過相關(guān)設置達到1000℃。

與傳統(tǒng)依賴管道輸送不同，該系統(tǒng)中的顆粒可以自由下落，這避免了對相關(guān)系統(tǒng)鋼材料的熱限制。顆粒加熱后便被儲存在筒倉中，當需要時再被用來生產(chǎn)用于發(fā)電或其他工業(yè)任務的蒸汽。

當粒子冷卻時會釋放出能量，可在需要時提供電力。即使在沒有陽光的情況下（例如夜間或陰天）也可以使用。

據(jù)了解，澳大利亞62%的燃煤發(fā)電站預計將在2033年之前關(guān)閉。隨著燃煤電站加速關(guān)閉，配置陶瓷顆粒的CST技術(shù)可以幫助填補這一空白，并為可靠發(fā)電提供綠色替代方案。

圖：CSIRO位于紐卡斯爾的聚光集熱系統(tǒng)

CSIRO紐卡斯爾試點系統(tǒng)擁有400面反射鏡，而一個大型商業(yè)化項目可能需要上萬面反射鏡，其發(fā)電能力可與裝機100MW的燃煤發(fā)電站相當。

面臨的挑戰(zhàn)

雖然上述系統(tǒng)工藝流程成功被驗證，但開發(fā)過程也面臨著一些挑戰(zhàn)。

比如，粒子落得太快會散開，導致透光并降低效率。就此問題，研究人員目前采用“先抓后放”的方法來應對：即當粒子下落一小段距離后，使其落入一個槽中，從而降低它們在落入下一個槽之前的速度。

研究人員Wes Stein表示：“挑戰(zhàn)不在于從太陽收集多少能量，而是如何安全、高效地將能量轉(zhuǎn)化為熱量并將其儲存起來，以供日后使用。CST技術(shù)的發(fā)電過程類似一個不使用煤的燃煤電站，它會使用相同的渦輪機。典型的燃煤電站使用工作溫度在540℃左右的蒸汽渦輪機，而我們的系統(tǒng)不使用煤來生產(chǎn)過熱蒸汽，而是從太陽中獲取能量并將其儲存10-15小時。”

有望助力工業(yè)脫碳

據(jù)了解，工業(yè)過程熱能約占澳大利亞能源使用和排放總量的20%以上。科學家們普遍認為，澳大利亞的凈零轉(zhuǎn)型必須包括工業(yè)脫碳途徑。

鑒于新型下落陶瓷顆粒CST技術(shù)可以實現(xiàn)與煤炭和天然氣供能系統(tǒng)相同的高溫下提供可再生熱量并持續(xù)數(shù)小時，研究人員Dominic Saal認為，新型下落陶瓷顆粒技術(shù)將擴大CST技術(shù)在澳大利亞工業(yè)脫碳過程中的作用。

Dominic Saal同時建議政府發(fā)布相關(guān)政策來鼓勵行業(yè)先行者建立當?shù)毓満蛯I(yè)知識，從而加快能源轉(zhuǎn)型，進而使澳大利亞工業(yè)領(lǐng)域可以用豐富且低成本的太陽能資源來提高其生產(chǎn)力并提升其在國內(nèi)乃至全球市場的競爭力。

據(jù)悉，澳大利亞太陽能熱利用最高研究機構(gòu)——澳大利亞太陽能熱研究所(ASTRI)目前正在與寵物食品制造商Mars開展聚光太陽能熱利用技術(shù)相關(guān)研究，后者在Albury Wodonga擁有一家寵物食品加工廠，每年所消耗超過140太焦耳的能量主要由天然氣提供。

目前，Mars正在評估安裝聚光太陽能熱利用技術(shù)系統(tǒng)為其寵物食品制造過程提供可再生蒸汽的可能性，而這將有可能取代其高達50%的天然氣使用量。

背景資料：

CSIRO并非唯一研究陶瓷顆粒儲熱與光熱發(fā)電技術(shù)結(jié)合的機構(gòu)。美國能源部自2015年以來一直在測試加熱下落陶瓷顆粒，并于今年2月在新墨西哥州開建一座兆瓦級的下落顆粒設施，該設施預計將于2024年竣工。

“下一代（聚光太陽能）有可能改變游戲規(guī)則，”美國能源部負責能源效率和可再生能源的代理助理部長Alejandro Moreno表示，“該試點設施將展示CSP系統(tǒng)如何應對實現(xiàn)長期儲能的挑戰(zhàn)，同時降低太陽能熱發(fā)電技術(shù)的成本和復雜性。”

此外，雖然陶瓷顆粒展示出其作為儲熱介質(zhì)的良好應用前景，但其并不一定是光熱發(fā)電系統(tǒng)最有效的存儲介質(zhì)，目前在該領(lǐng)域全球范圍內(nèi)的相關(guān)研發(fā)機構(gòu)也在探索使用巖石、沙子和其他材料。

而最終誰能夠勝出，或?qū)⒂赡姆N材料工作溫度更高、儲存熱量的時間越長來決定，屆時光熱發(fā)電系統(tǒng)將有望徹底解決波動性問題，人類社會也將迎來一個完全由清潔能源供電的未來。