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熔鹽混合物儲能太陽能熱發電新法寶

來源：CSPPLAZA | 2評論 | 10841查看 | 2012-05-21 11:41:00

　　如果用一個字來歸納太陽能熱發電這個行業的特點，那就是“大”字：在沙漠地區，總計達數平方英里的反光鏡環繞著一座座高達600英尺的聚光塔，這些設備能生產出數以兆瓦計的電力，而造價動輒數十億美元。然而，大型太陽能公司與礦物燃料相競爭的能力歸根到底可能取決于那些鹽類顆粒。

　　在位于舊金山灣區生物技術中心埃默里維爾（Emeryville）的一個小實驗室里，太陽熱能發電行業的一家初創企業——光環技術公司（Halotechnics）的科學家們正在篩選數千種熔鹽混合物。他們正在尋找能使太陽熱能以成本低廉而高效的方式存儲起來——從而可以在太陽落山后用以發電的恰當的熔鹽混合物。換句話說，使之成為能夠一周7天、每天24小時不間斷供電的太陽能發電站。

　　熔鹽存儲技術早在上世紀90年代就已出現了，當時美國聯合科技公司（UnitedTechnologies）旗下的洛克達因（Rocketdyne）火箭發動機部門為“SolarTwo”開發了熔鹽存儲技術，SolarTwo是美國能源部在莫哈韋沙漠建造的一套太陽熱能發電站原型設施。一排排日光反射裝置將太陽能聚焦于塔頂上的鍋爐，鍋爐里裝有在高溫下會液化的鹽類混合物。熔鹽釋放的熱能用來產生蒸汽，驅動渦輪機，從而產生電力。其中有些熱能可以儲存在一罐罐熔鹽里，以便在需要時釋放出來產生電力。

　　但是，由于在克林頓時代油價暴跌，美國于是放棄了其宏大的太陽熱能發電試驗，而熔鹽技術也被打入冷宮。位于科羅拉多州戈爾登的美國國家可再生能源實驗室（NationalRenewableEnergyLaboratory）資深太陽能項目經理馬克·梅厄斯（MarkMehos）表示：“近來在這項技術方面一直沒有多少創新。”

　　現在，熔鹽技術重新回到人們考慮的范圍內，諸如加利福尼亞等州為完成可再生能源在總能源構成中占一定比例的艱巨任務，紛紛批準大型太陽熱能發電項目。各家公用事業公司希望這些電站能夠把太陽能儲存起來，這樣就可以用來使日益依靠諸如風力發電等間歇性電力來源供電的電網實現平衡。綠色科技媒介公司（GreentechMedia）旗下的市場研究機構GTMResearch估計，到2015年太陽能存儲市場規模將達到37億美元。

　　光環技術公司現年34歲的創始人兼首席執行官（CEO）賈斯汀·拉伊德（JustinRaade）從中看到了一個機遇。在2009年，剛獲得機械工程博士學位的拉伊德在硅谷的一家叫做賽美科技公司（Symyx）的材料科學公司工作。他說：“我當時一直在可再生能源領域尋找一個需要解決的重大問題，而隨著我對聚光太陽能發電了解越多，我越加意識到太陽能儲存是一個瓶頸問題，正是這個問題使得聚光太陽能發電無法比礦物燃料更加便宜。”

　　他的構想是：尋找出一種更好的熔鹽混合物，這種熔鹽混合物能在更高的溫度下儲存熱能，從而提高發電量，同時能在較低溫度下保持液態，從而減少用于避免其固化的能源消耗。

　　拉伊德獲得了美國能源部提供的150萬美元撥款，并于2009年開始在賽美科技公司篩選5,000種不同的熔鹽混合物。借助于賽美科技公司提供的一筆投資以及使用其知識產權的許可，拉伊德創辦了光環技術公司。該初創公司利用另一筆總額達450萬美元的政府研究資助，開發出其第一款熔鹽產品，并且開始研發一種新型的玻璃液態存儲系統。“我們已開發出一種新的基于氧化物的化學成分。這種化學成分與其他玻璃材料相比，其黏稠度及熔點要低得多。實際上，你可以像液體一樣用抽水機對它進行抽吸，像熔鹽那樣把它儲存在一個大罐子里。但它在溫度高得多的環境中能夠保持穩定。”

　　溫度可高達1,200攝氏度，這個溫度高得能夠使空氣加熱到足以驅動像在礦物燃料發電廠使用的那種高效渦輪機。在實驗室里，拉伊德拿起含有一顆顆綠色和黑色玻璃的紙杯，光環技術公司希望這兩種前景很好的混合物最終能用于一種太陽儲能系統的原型之上，而公司計劃這種系統能在2015年聯網投入使用。

　　在該實驗室的其他地方，光環技術公司則繼續每天篩選近100種熔鹽混合物——到目前為止已篩選了近14,000種熔鹽混合物。目前的熔鹽混合物通常是60％的硝酸鈉加40％的硝酸鉀。光環技術公司的目標是用該公司暫且只愿透露為“資源充足而且成本低廉的鹽類物質”來替換掉八成左右日益昂貴的硝酸鉀。

　　該初創公司的專有軟件根據熔點、吸熱性及成本來確定可能采用的候選混合物。其實驗室設備能同時測量、調配并提供96種不同混合物。四分之一克質量的混合物先在熔爐中烘烤，然后放到一個設備中去慢慢加熱，通過發射激光穿透這些物質來確定其熔點。拉伊德說：“確切地說，這些機器曾被放在賽美科技公司實驗室的角落閑置著。”

　　光環技術公司的節儉——設計儲存罐及水泵系統的工程師們肩挨著肩擁擠地坐在辦公室的大廳里——意味著該公司預計只需籌集200萬美元的首輪融資資金，就能研制出一套熔鹽存儲試點系統，再籌集500萬至700萬美元就能進入商業銷售階段。

　　該公司目前已和諸如eSolar、Sener及BrightSourceEnergy等太陽熱能電站開發商進行初步磋商，這些公司都指望能源儲存技術能給予它們與光伏發電場相競爭的優勢。雖然光伏組件的價格在過去三年里已暴跌了75％，但要想把太陽能電池板所產生的電力儲存起來的話，唯一的選擇就是貴得讓人望而卻步的電池。

　　光環技術公司聲稱，該公司叫做Saltstream565的第一款產品將至少比現有的存儲系統便宜20％，因為該系統利用較為便宜的鹽類混合物來獲得與SolarReserve所采用的系統相同的運作溫度——565攝氏度，SolarReserve是一家太陽能電站開發商，該公司從美國聯合技術公司那里獲得技術許可。但光環技術公司還為可以在700攝氏度運作的熔鹽混合物申請了專利。運作溫度更高意味著太陽能發電廠可以采用最新、最高效的渦輪機。

　　克雷格·泰納（CraigTyner）曾在美國桑迪亞國家實驗室（SandiaNationalLaboratories）從事熔鹽存儲技術的研究，他現在為eSolar公司規劃長期技術發展策略，eSolar是一家位于加州帕薩迪納（Pasadena）的太陽能電站開發商。他說：“如果有一種鹽類混合物能使我們目前的運作溫度提升50攝氏度，那么這對我們而言將會非常有利，因為這樣可以在同樣分量的鹽類混合物中儲存更多的能量，同時可以將儲存系統的成本削減10％或15％。”

　　西班牙太陽能電站開發商Sener開發了自己的熔鹽存儲系統，但據Sener駐舊金山的美國分公司CEO梅賽德斯·西耶拉（MercedesSierra）表示，該公司把光環技術公司視為自己的一個潛在的合作伙伴。“我們一直在探討在我們發電站測試他們產品的可能性，”她說，“我們需要一種高品質的鹽類混合物，我們愿意花錢購買。”

　　拉伊德表示：“在565度存儲熱能目前是一項已獲得驗證的成熟技術，但在更高溫度環境下的熱能儲存技術則是一個對各種技術完全開放的市場。”

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