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光热发电:破译阳光的秘密

 
阳光解码器高温相变光热发电
 
  高温相变光热发电装置就像是一个巨型的太阳灶,先将阳光汇聚起来,然后加热介质液体。再通过液体蒸发推动汽轮机进行发电,同时还能将收集的热能储存在介质中,用于供暖。主要工作过程包括光的高效捕捉与转换,热的传递、储存与交换,电力的产生与并网,综合能源供应等。高温相变光热发电系统针对分布式太阳能转化效率低、波动性强、利用手段单一等问题,创新性将碟式光热发电技术、高温相变储热技术、综合能源供应技术相结合,实现光、电、热的综合利用。综合能源利用效率可达36.41%,后续增设制冷系统,效率进一步提高至43.5%。同时拓展了光热发电技术的应用领域。
 
  高温相变光热发电系统工程是太阳能利用示范项目。系统具有光热蓄热和放热发电两种工作模式,通过两种模式下太阳能的有效存储和释放,平抑可再生能源的输出波动,实现了太阳能和电能、热能的灵活转换。结合高温相变储热系统,通过对热量的高密度存储,实现对太阳能友好、可控应用。在供电的同时,可以同步供热,为国内城市利用分布式低密度太阳能提供了示范性的解决方案。
 
高温相变光热发电项目的核心装置包括2套100平方米碟式太阳能聚光集热系统、300千瓦时高温相变储热系统和10千瓦汽轮机热电联产系统等。碟式聚光镜采用自主研发的背板粘结技术、整装一次成型,高倍聚光、焦距较短、双轴跟踪、高等级防护。配合腔式集热器使用,提高光热转化效率。采用陶瓷基复合相变材料,利用相变过程中发的潜热,实现热量的存储和释放,解决了传统相变材料的腐蚀和液相封装问题,具有导热储热性能好、过冷度小、可定制化、可模块化、稳定性高等特点。
 
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城市电暖宝高温相变储热
 
  高温相变储热冷热联供项目采用自主研发的复合高温相变砖作为储热介质,将高温相变储热技术、高效气水换热技术、吸收式制冷技术相结合,实现了热、冷的综合利用,装置电热效率可达95%以上。该项目可以消纳谷电或者弃风、弃光等可再生能源,提高电网调峰能力。
 
  高温相变储热装置相当于一个“城市电暖宝”,可以将低谷时多余的电用来发热,变成热能储存起来。存储的介质是一种新型材料,它的能量储存密度很大,相当于是一个超大型的电暖宝。一个普通家用电暖器的功率大致是1千瓦,而这个大型的电暖宝足够给500户家庭整夜供暖。
 
  高温相变储热冷热联供装置由4兆瓦时高温相变储热装置、300千瓦高效气水换热器和179千瓦溴化锂机组构成。高温相变储热装置总体分为上下结构,上部为蓄热装置本体,内部为高温相变储热砖堆叠形成的蓄热体和电加热元件,下部为蓄热装置的辅机系统,包括变频风机、气—水换热器、水—水换热器、循环水泵和控制系统等。
 
采用自主研发的高温无机复合相变材料,相变温度高达710摄氏度。针对供暖需求,可利用储热密度达1077千焦/千克。采用堆叠式高温相变蓄热体材料,优化蓄热体内部流场;集成溴化锂机组,可实现冷热联供,设备利用率高。
 
       黄地,高温相变光热发电装置设计师,就职于江苏省电力科学研究院,博士。
 
  记者:目前,大家对光伏发电了解得更多一些,光热发电与光伏发电有什么区别?
 
  黄地:太阳能发电主要有光伏和光热两种技术路线,在国内更常见的是光伏技术。但是,目前集中式光伏电站的最高效率在20%左右,分布式光伏的效率更低。光热技术由于对太阳辐照条件需求严苛、占地面积大,在国内只有西部少量示范工程,还没有投入商业化应用。
 
  光热发电技术,其理论最高效率取决于热—电转换效率,塔式、槽式光热采用的朗肯循环与火电机组相同,火电效率目前可达40%以上;碟式光热采用斯特林循环,由太阳辐射直接加热发电工质,其效率更高。
 
  记者:您和您的团队在设计同里综合能源服务中心的光热发电系统时,有哪些考虑?
 
  黄地:当得知同里综合能源服务中心要建设光热系统时,我们团队第一个想到的就是要把综合能源的概念应用到光热系统上。通过电、热、冷的综合供应,实现高低品位能量的梯级利用,利用高品位热量发电,低品位热量制热、制冷,进一步提高综合能源转化效率。传统光热电站一般建在偏远沙漠地区,由于热、冷的传输能力远不及电,因此只做独立发电应用;而同里建设分布式光热电站的想法,恰好为电、热、冷的综合能源供应提供了应用场景。
 
  设计光热发电系统时,我们将储热系统引入光热发电,这样会进一步提高光热系统的可控能力,平抑太阳能波动,这也是目前主流的技术路线。我们的储热系统选用了国际先进的陶瓷基复合相变储热材料,利用相变材料在液态和固态间变化过程中的吸热、放热实现对太阳能热量的存储,这样既提高了储热密度,又能够减少散热损失。来源:《亮报》
 
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