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西班牙研發出綜合性能更佳的新型相變儲熱系統

發布者：本網記者Alice | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 6412查看 | 2015-01-07 18:36:00

　　CSPPLAZA光熱發電網報道：近日，西班牙加泰羅尼亞的一個研究團隊提出了一個全新的相變儲熱設計理念并據此開發出了新型儲熱系統的模型，經測試證明該儲熱系統的熔鹽用量僅占傳統儲熱系統的32%，而儲熱效率卻可高達74%以上。

　　據悉，該西班牙研究團隊首先開發出了一個新型的光熱發電建模軟件，然后開發出了這種全新的相變儲熱系統。該儲熱系統又被成為MLSPCM系統，采用了多層固態相變儲熱材料。

　　MLSPCM系統結合了潛熱儲熱和顯熱儲熱兩種能量存儲技術，試圖深度發掘儲熱系統在降低光熱電站成本方面的潛力。

圖：美國solana光熱電站的熔鹽儲罐

　　首先，該系統使用了密封型的相變儲熱材料，可以通過相變來提高儲熱系統的效率，同時降低熔鹽儲熱容器的體積。其次是溫躍層，設置此層的目的是通過將廉價的填充材料如石英石和花崗巖等放入一個單獨的儲罐內來將熱介質和涼介質進行分離，相比傳統雙罐熔鹽儲熱系統進一步降低了費用。

　　在MLSPCM系統中，填充材料制成的兩層薄薄的相變材料組成了像三明治一樣的溫躍層。通過這一設計可以使整個系統頂層輸出口的溫度處于最佳溫度范圍，據說可以達到550攝氏度。

　　與此同時，系統底層也可以保持在最佳的溫度范圍，大約在300攝氏度左右。這樣就可以使整個系統在大大提高儲熱效率的同時明顯降低了整個系統的總體積。

　　研究人員介紹，這種新型的儲熱系統設計可以延緩溫躍層的退化，提高儲熱系統的熱容，同時可以延長發電周期并可以提高儲熱系統輸出溫度的穩定性，而實現以上目標的同時成本卻并不比傳統溫躍層儲熱系統高。

　　MLSPCM系統首次被公開介紹是在2013年的SolarPACES大會上，由加泰羅尼亞理工大學傳熱傳質技術中心的團隊公開的，但其在光熱發電儲熱系統所表現出的優異性能直到一年后才被發現。

相變儲熱材料層

　　該研究團隊在一篇論文中描述道：“這個新型儲熱系統概念的關鍵在于組成相變儲熱材料層的填充物，它們的熔融溫度與整個系統儲熱與放熱時的溫度變化范圍非常吻合。”

　　這種新型儲熱系統是在開發一個叫做LTES（潛熱儲存）軟件時被意外發現的，該軟件將由加泰羅尼亞大學附屬公司TermoFluids于2015年進行商業化發布。

　　LTES和STES（顯熱儲存）軟件是專門為熔鹽儲熱系統提供建模的軟件，它們的開發工作目前正在以一個工作包的形式通過名為Tesconsol的項目進行開發。Tesconsol項目是一個聯合開發項目，參與方有瑞典皇家理工學院、道達爾（Total）石油公司、加泰羅尼亞理工大學、西班牙天然氣公司和西班牙Tecnalia研究院。

　　利用這兩個軟件可以使研發人員在虛擬條件下模擬不同類型儲熱系統的性能曲線，幾乎可以達到完全仿真的效果。

　　加泰羅尼亞大學 Carlos-David Pérez-Segarra教授表示：“接下來，我們團隊將深入分析該種儲熱系統的流體動力學問題、傳熱問題以及張力和變形等機械方面的問題。事實上，我們對于將其利用到太陽能領域特別是光熱發電方面非常感興趣。很重要的一點是：我們可以研發出先進的仿真代碼，它們可以忠實地再現特定條件下的實際情況。”

　　據了解，LTES和STES軟件可以將光熱發電儲熱罐內部的實際運行情況通過已經驗證的可靠的計算公式完整地描述出來。談到STES軟件，Perez-Segarra表示：“目前這些仿真代碼都已經通過了試驗驗證。”

　　除了可以幫助研發出新型的儲熱系統，這些軟件還可以幫助研發人員大大提高現有儲熱系統的效率。例如，這兩個軟件可以提示人們哪些熱損是可以避免的，而且它們的功能還不僅僅局限于此。

安全性和可靠性

　　在某些情況下，它們還可以用來幫助提高整個儲熱系統的安全性和可靠性。例如，在SolarPACES2014年會議專門介紹該軟件的一篇論文中提到，該研究團隊利用LTES軟件解決了傳統儲熱系統溫躍層中被稱為熱棘輪效應的難題。

　　目前，在需要反復加熱和制冷循環的容器底部塞滿填充材料已經逐漸成為一種趨勢。

　　雖然這些填充材料會給予容器壁一定的壓力，但加泰羅尼亞大學研究團隊表示他們可以利用LTES軟件來預測出罐壁所會受到的最大應力。目前他們已將該儲熱系統仿真技術應用到了位于內華達Boulder的由Acciona公司負責開發的Solar One光熱電站的儲熱系統設計中。

　　Pérez-Segarra表示：“你可以在不同工作條件下利用不同的儲熱系統配置進行仿真測試，也就是說你可以把你想測試的任何工況條件下各種參數輸入來進行儲熱效率的仿真模擬試驗，比如不同材料的儲罐、不同的傳熱介質、不同的運行溫度和介質不同的粘度等等。”

　　值得一提的是，Tesconsol項目是目前獲得歐洲創新技術學院下屬KIC InnoEnergy機構（可持續能源知識與創新機構）資金支持的唯一一個光熱發電項目。KIC InnoEnergy是一個利用公眾基金支持具有巨大潛力的初創型公司的私營機構。

　　KIC InnoEnergy西班牙伊比利亞分部的總經理Mikel Lasa表示：“已經進行了4年多的Tesconsol項目可以為儲熱系統提供最佳的優化工具。”

　　據本網之前發布的報道，除LTES和STES軟件之外，Tesconsol項目還在開發一款名為DYESOPT的軟件，其將可以幫助光熱電站開發商和運維商找到通過優化設計和運行實現電站利潤最大化的最佳方案。研發人員認為使用這種優化系統可以將該電站的最佳內部收益率從5%~10%提高到23%~24%左右。據了解，DYESOPT的軟件將通過一段時間的使用來不斷改善其適用性，與LTES和STES軟件一樣，該軟件預計也將在2015年投入商業化應用。

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