美研發高導熱石墨泡沫 儲熱能力可達常規熔鹽系統20倍以上
發布者：本網記者Cassie | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 6158查看 | 2016-09-18 09:54:00
目前，光熱電站所配置的儲熱系統使用的還是一些低能量密度和低熱導率的物質，要想滿足電廠的儲熱需求，往往需要大量儲熱材料，成本較高。為解決此問題，科研人員設計了一種更廉價的儲熱系統，該系統不僅占用空間顯著減小，而且儲熱能力比常規儲熱系統要高20倍以上。
CSPPLAZA光熱發電網報道：目前，來自美國阿貢國家實驗室的機械工程師于文華正在測試一個新的儲熱系統模型，該系統的儲熱效率據稱可以達到常規潛熱儲熱系統的20倍以上。據悉，測試結果證實了新系統的儲熱能力以及在光熱發電或者其他潛在應用領域所能實現的儲熱效率。
光熱利用受限于多云或夜間等不利天氣條件，因而儲熱對于太陽能的充分利用來說顯得至關重要。在過去的幾年中，光熱電站已經開始使用儲存的熱能來驅動蒸汽輪機，在夜晚和用電高峰期進行發電。
目前的儲熱系統所使用的儲熱物質，每公斤只能存儲很少的熱量。因此必須花費更大的成本來采購這些儲熱物質才能達到光熱電站的儲熱要求。
阿貢研發團隊獲得了來自美國能源局SunShot計劃的研發資金，正在建設高效潛熱儲熱系統（LHTES）的示范項目并進行進一步的研究測試。SunShot計劃由美國國家資金支持，爭取在2020年之前使太陽能在同其他電力生產方式競爭時具有價格優勢。
阿貢研發小組的儲熱系統采用了相變介質，介質熔化時會儲存熱量，凝固時會釋放熱量，類似于電池的充放電過程。
事實上，氯化鈉等廉價的熔鹽可以用做相變物質，但因為其較低的熱導率，它們在現行儲熱系統中的使用也受到了一些限制。
然而，阿貢LHTES系統通過將熔鹽與一種高導熱率的石墨泡沫結合，顯著提升了這些熔鹽的熱導率。這種結合減少了儲熱物質的整體需求量，進而降低了建設儲熱系統的成本，同時還使熱能的轉換更加高效，能夠滿足供應系統8到12小時的能量儲存需要，正好可以滿足一個光熱電站一整晚的熱量儲存需要。
阿貢熱機械技術小組的負責人Dileep Singh說：“相變物質通常都有較低的熱導率，因此很難滿足儲熱的要求。然而，具有高導熱率特性的石墨泡沫正好滿足了導熱率上的需求。所以我們想，為什么不將相變物質與石墨泡沫相結合呢？”
有透氣性的石墨泡沫將熔鹽集中在氣孔中，加速了熔鹽的熔化和凝固。該小組還證明了隨時間推進這種快速的相變過程能夠一直維持。在對混合物的最初模型進行成功測試后，研究小組現在準備將示范模型擴大50倍。
雖然這種示范性的模型系統仍然小于商用電廠的規模，但在今年秋天該系統會進行進一步測試，并有可能擴大其應用，比如為小型電網提供后備電源，或者用來儲存其他發電廠產生的余熱。這個初步的系統也將進一步改進3-D熱模型技術，來更好的評估系統性能，并且有利于規劃更大規模的儲熱系統。
阿貢機械工程師于文華表示：“我們正在尋求建設更大規模的電廠系統，今年我們正在建設的這種示范性系統正好可以作為組成這個更大規模系統中的一個小模塊。其實大規模的系統正是由許多的小模塊合理地組織在一起構成的。
全尺寸大小的系統設計預計可以滿足目前電廠的儲熱需求。目前的電廠使用氯化鎂作為儲熱介質，在450-600攝氏度（850-1100華氏度）下驅動蒸汽輪機發電的。當更先進的超臨界二氧化碳汽輪機上線后，該系統還可以使用氯化鈉作為儲熱介質。這種超臨界二氧化碳汽輪機比蒸汽輪機更有效率，但要在更高的700攝氏度（1300華氏度）下運行。
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