沙子工質(zhì)流化床原理的塔式光熱發(fā)電技術(shù)
發(fā)布者：本網(wǎng)記者shixinchen | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評論 | 10981查看 | 2014-04-13 15:14:00
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：意大利的一個合作團(tuán)隊最近對沙子作為光熱發(fā)電傳熱和儲熱介質(zhì)的光熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了研究，其為此建立了一個100kWth的示范項目進(jìn)行試驗，那么，這到底是一種什么樣的技術(shù)呢？這項目技術(shù)的商業(yè)化潛力又如何呢？
阿聯(lián)酋馬斯達(dá)爾理工學(xué)院 (Masdar Institute）和美國太陽能控股公司（US Solar Holdings）對沙子儲熱技術(shù)的研究此前已經(jīng)有所報道，意大利的此項研究是第三個類似的項目。該項目是Magaldi Industrial集團(tuán)和那不勒斯大學(xué)、意大利國家研究委員會的合作研發(fā)項目。
該項目的核心技術(shù)是STEM，即Solar Thermoelectric Magaldi的簡寫，這是一種基于空氣/沙子流化床的太陽能蒸汽發(fā)生技術(shù)，其可以提供太陽能的采集、傳熱和儲熱功能。流化床鍋爐在傳統(tǒng)發(fā)電和熱利用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可使燃料在“流化”狀態(tài)下火的充分燃燒。
Magaldi Industrial集團(tuán)牽頭該項目的運作，項目的研發(fā)工作由Magaldi研究團(tuán)隊與那不勒斯大學(xué)、意大利國家研究委員會共同執(zhí)行。
流化床
當(dāng)固體顆粒中有空氣流體通過時，隨著流體速度逐漸增大，固體顆粒開始運動，且固體顆粒之間的摩擦力也越來越大，當(dāng)流速達(dá)到一定值時，固體顆粒之間的摩擦力與它們的重力相等，每個顆粒可以自由運動，所有固體顆粒表現(xiàn)出類似流體狀態(tài)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為流態(tài)化。采用沙子作為流化床工質(zhì)，可以使沙子充分吸收熱量。
作為該項目的科技總監(jiān)，Gennaro de Michele表示，“該項目在已有四年的研發(fā)工作基礎(chǔ)上展開，目標(biāo)是選擇最優(yōu)化的技術(shù)，最具發(fā)展?jié)摿Φ牟牧蟻碛糜诹骰补べ|(zhì)，同時來定義工藝流程，優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)和太陽能吸熱器的性能。
“STEM項目的目標(biāo)是開發(fā)出一種低成本的、簡單的、靈活的光熱發(fā)電技術(shù)，這種技術(shù)不需要采用任何污染性的流體。”Michele表示。
“流化床工質(zhì)作為一種流體有很多流體的特性，其有較高的熱擴(kuò)散系數(shù)和較高的傳熱系數(shù)，作為一種固體又有很高的熱容量。”
試驗設(shè)施
Michele表示，該項研究的一個關(guān)鍵成果是開發(fā)出了一套適用于預(yù)開發(fā)電站使用的動態(tài)模型，這為在意大利南部小鎮(zhèn)Buccino的Magaldi工廠建設(shè)的100kWth光熱發(fā)電示范項目奠定了設(shè)計基礎(chǔ)。該項目目前已經(jīng)建成。
圖：STEM也采用二次反射原理
圖：100kWth的STEM試驗項目
“理論和實驗研究將在這個100kW的示范電站上進(jìn)行，該示范項目的目的是實驗STEM技術(shù)，驗證其靈活性、傳熱和儲熱能力。”
“流化床是STEM采用的關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)在化工能源流域應(yīng)用廣泛，熱擴(kuò)散在床內(nèi)發(fā)生，熱傳輸在床和床內(nèi)的換熱器間進(jìn)行，將太陽能傳輸至換熱器進(jìn)行高效蒸汽發(fā)生，儲熱系統(tǒng)采用沙子為儲熱介質(zhì)。”Michele表示。
該流化床的熱量來源于被聚光后的太陽熱能，其采用二次反射的塔式技術(shù)設(shè)計。
De Michele強(qiáng)調(diào)流化床能夠燃燒氣體和液體燃料，這使STEM技術(shù)能成為一種天然的混合發(fā)電系統(tǒng)，太陽能和燃料可以在一起混合使用或單獨使用。
關(guān)鍵優(yōu)勢
Michele表示，采用沙子作介質(zhì)的關(guān)鍵優(yōu)勢是沙子是普遍而廉價的物品，比導(dǎo)熱油或熔鹽廉價很多。另外，沙子具有化學(xué)元素的惰性，與生態(tài)完全兼容而不會造成任何污染，同時也適用于在較大的溫度區(qū)間內(nèi)運行。
“STEM是一種模塊化的技術(shù)，可以輕松根據(jù)實際的應(yīng)用需求實現(xiàn)擴(kuò)容”。他表示。
其設(shè)計的單個工業(yè)化應(yīng)用模塊的裝機(jī)是500kWe，建設(shè)和運維首個這樣的工業(yè)化模塊是Magaldi集團(tuán)目前的首要目標(biāo)。
其后，Michele還指出，“工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)將帶來更大程度上的成本削減。”
他相信STEM技術(shù)的應(yīng)用前景是十分樂觀的，其可以通過模塊化擴(kuò)容至大型的50MW~100MW裝機(jī)的光熱電站，儲熱時長可達(dá)5~6個小時，還能與化石燃料發(fā)電進(jìn)行互補(bǔ)聯(lián)合循環(huán)。
他還指出，STEM技術(shù)的強(qiáng)大應(yīng)用可以使其在陽光資源好的地區(qū)獲得廣泛部署，在電網(wǎng)接入環(huán)境較差的地區(qū)可以用來替代柴油發(fā)電，價格也具備很大競爭力。
“首個目標(biāo)是建設(shè)第一個500kWe的工業(yè)化電站項目，然后我們將推進(jìn)第一個多模塊的商業(yè)化電站，以實現(xiàn)真正的規(guī)模化和商業(yè)化應(yīng)用”。
“現(xiàn)在我們將持續(xù)進(jìn)行研發(fā)活動，我們正在研究許多可以改進(jìn)的地方，結(jié)合我們獲得的一些經(jīng)驗，我們最終將創(chuàng)造一種更高效和更低成本的太陽能發(fā)電系統(tǒng)”。
類似于沙子的可以被廣泛利用的材料是否能夠成為未來大規(guī)模光熱發(fā)電系統(tǒng)可選的傳熱和儲熱介質(zhì)？STEM項目、MASDAR的SANDSTOCK和美國太陽能控股的SandShifter項目正在推進(jìn)此方面的研發(fā)進(jìn)程，這對未來沙子工質(zhì)的商業(yè)化應(yīng)用十分重要。
注：了解更多，請下載附件：a Novel Concept of Solar Receiver-Thermal Energy.pdf
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