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CSPPLAZA光熱發電網訊：據外媒近日報道，由歐盟(meng)委員會及歐盟(meng)“Horizon 2020”研(yan)究及創新(xin)計劃(hua)聯(lian)合出資研(yan)發的Scarabeus項(xiang)目正在穩步推進，按照計劃(hua)目前相關(guan)研(yan)究人員正在開發一種創新(xin)型混(hun)合流體，可以(yi)大幅(fu)提升(sheng)超臨界(jie)二氧(yang)化碳（sCO2）光熱發電系(xi)統的循環效(xiao)率。

據悉，這項耗資500萬歐元（約合550萬美元）的SCARABEUS項目將嘗試在純CO2中添加少量選定元素，以提升光熱發電系統的發電效率，使其超過基于蒸汽或傳統sCO2系統所能達到的水平，該項目小組的研究目標是：到2023年可以證明二氧化碳混合流體可以比傳統蒸汽循環減少32%的資本支出（Capex）和40%的運營支出（Opex）。

可將系統運行溫度提升50-60℃

塞維(wei)利(li)亞大學(xue)能源系統教授、斯卡伯斯大學(xue)發言(yan)人David Sanchez告訴外媒，SCARABEUS項目(mu)專(zhuan)注(zhu)于動力循環的(de)(de)冷段-冷卻和壓(ya)縮等(deng)環節，而這種混合介質思路(lu)可將光熱發電(dian)系統中工(gong)作流(liu)體的(de)(de)臨界溫(wen)度提升50-60℃。

Sanchez表示，SCARABEUS團隊目前正在對選定的二氧化碳混合物進行模擬，現有結果表明相關經濟和技術目標均可以實現。下一步，團隊將進一步擴大現有的混合物組合，并證明這些混合物的熱穩定性。

對于(yu)光熱發(fa)電系統(tong)(tong)來說，實現(xian)較高的(de)(de)運行(xing)溫(wen)度正成(cheng)為進一(yi)步提升系統(tong)(tong)效率并降低成(cheng)本(ben)的(de)(de)關(guan)鍵，因此也是近年來全球相(xiang)關(guan)研發(fa)團隊的(de)(de)工作重點。

相比傳統(tong)使(shi)用導熱油作為傳熱介(jie)質(zhi)的槽式電(dian)站，目(mu)前商業化的塔式光熱發(fa)電(dian)系統(tong)往(wang)往(wang)使(shi)用熔鹽作為傳儲熱介(jie)質(zhi)，系統(tong)工作溫(wen)度提(ti)升至565℃左右，而(er)更多(duo)研發(fa)團隊在追求更高(gao)系統(tong)運(yun)行(xing)溫(wen)度并(bing)試圖(tu)將相關技(ji)術推向商業化。

去年，通用電(dian)氣（GE）和西南研究院（SWRI）的(de)工(gong)程師(shi)完成了世(shi)界上最高溫度sCO2渦輪機的(de)測試，在700℃左(zuo)右的(de)運(yun)行(xing)溫度條件下，10MW的(de)渦輪機產生了接近(jin)50%的(de)熱效率，遠遠高于傳(chuan)統光熱發電(dian)系(xi)統所達到(dao)的(de)35%-40%的(de)水平。

圖：超臨界二氧化碳渦輪機

此外，美(mei)國(guo)Heliogen集團最近(jin)通過(guo)(guo)利(li)用更先(xian)進和更精確的(de)(de)定日鏡校準技(ji)術，使光(guang)熱(re)發(fa)電(dian)接收(shou)(shou)器(qi)(qi)溫度(du)(du)超(chao)過(guo)(guo)1000℃。與此同時(shi)，德(de)國(guo)DLR正在(zai)開發(fa)一種離心(xin)光(guang)熱(re)發(fa)電(dian)接收(shou)(shou)器(qi)(qi)，其(qi)接收(shou)(shou)器(qi)(qi)出(chu)口處的(de)(de)顆(ke)粒溫度(du)(du)已(yi)可達到965℃。另外，法(fa)國(guo)的(de)(de)CNRS已(yi)經開發(fa)了一種流化床(chuang)接收(shou)(shou)器(qi)(qi)，其(qi)顆(ke)粒溫度(du)(du)已(yi)經超(chao)過(guo)(guo)900℃。而在(zai)西班牙(ya)，歐盟H2020的(de)(de)“太陽到液體”研究小組(zu)建設的(de)(de)化學反應(ying)器(qi)(qi)接收(shou)(shou)器(qi)(qi)已(yi)經實現了超(chao)過(guo)(guo)1400℃的(de)(de)溫度(du)(du)。

可有效降低項目投資

據悉，通過二氧化碳混合(he)物達到(dao)的(de)(de)較(jiao)高臨(lin)界溫(wen)度允許光熱發電(dian)系(xi)統在較(jiao)高環境溫(wen)度下使用(yong)冷凝朗肯式循環，SCARABEUS團隊的(de)(de)目標(biao)是功率(lv)循環轉換效率(lv)超過50%，而常規sCO2系(xi)統在類似情(qing)況下則必須采用(yong)效率(lv)較(jiao)低的(de)(de)布雷頓型配置。

而在布局方面，SCAREBEUS項目(mu)設計的冷凝(ning)朗肯式循環系統只需(xu)要(yao)一個回(hui)熱(re)器(qi)和(he)一個換熱(re)器(qi)，相比常(chang)規朗肯蒸汽循環往往10多個換熱(re)器(qi)的配(pei)置(zhi)要(yao)簡單得多。

而且，據正在領導該項目渦輪機械研究工作的倫敦城市大學方面介紹，混合工作流體的思路也允許在渦輪機械中使用泵而不是壓縮機，這可以有效降低功耗和設備尺寸。

David Sanchez表示，更高的循環效率可以使光熱發電系統配置更小的光場和儲熱系統，因此可以大大減少資本支出。

可進一步提升光熱發電的適用領域

除了(le)可大幅減少電廠資本支出(chu)，該項技術也(ye)將使光熱發電的(de)部署區域有望進一步擴大。

在冷卻方面，該CO2混合介質將提升流體的露點溫度，露點溫度的提升可允許電站采用空/風冷冷凝（ACC）系統的冷卻方式來替代常規的水/濕冷卻循環（WCC），空冷取代水冷使設計更加簡單，消除了對水循環和相關泵送設備及冷卻塔的需求，零耗水也降低了運營成本和環境影響，最終達到降低成本并優化電站整體性能的效果。

據研究人員介紹(shao)，改用ACC系統除了可將使(shi)(shi)資(zi)本支出(chu)(chu)和運營支出(chu)(chu)減少約3%之外，還對中東和北非(fei)等新興光熱發電市場非(fei)常有利。在這些地區，氣溫經常超過二氧化碳的(de)自然臨界溫度(du)，而當地水資(zi)源(yuan)非(fei)常缺乏，使(shi)(shi)用水冷成本極其(qi)高昂。

圖：全球年(nian)平均氣溫（來自威斯康星大(da)學）

David Sanchez指出，混合二氧化碳流體設計所帶來的成本降低使光熱發電系統部署在更多直接輻射指數（DNI）較低的地區也成為可能。

SCARABEUS項目研發背景：

隨著光(guang)伏和(he)(he)風電(dian)的(de)快(kuai)速發(fa)展(zhan)和(he)(he)大規模部(bu)署，成本相(xiang)對較高的(de)光(guang)熱發(fa)電(dian)生存空(kong)間被進一步壓(ya)縮，快(kuai)速實(shi)現降本勢在必行，而目前備(bei)受全球光(guang)熱發(fa)電(dian)行業(ye)關注的(de)超臨界二氧化碳(tan)光(guang)熱發(fa)電(dian)技術的(de)不斷突破有望(wang)為行業(ye)突破成本瓶(ping)頸(jing)帶來(lai)較大助力。

研究表明(ming)，提高動(dong)力循環的熱(re)(re)效(xiao)率(lv)是降低光熱(re)(re)發(fa)電(dian)系統(tong)(tong)的平準化(hua)能源成本（LCOE）的關鍵。傳統(tong)(tong)光熱(re)(re)發(fa)電(dian)系統(tong)(tong)的熱(re)(re)效(xiao)率(lv)一般為35％至(zhi)40％，而配(pei)備超臨(lin)界(jie)二氧(yang)化(hua)碳（sCO2）動(dong)力循環的光熱(re)(re)發(fa)電(dian)系統(tong)(tong)可實(shi)現近50%的熱(re)(re)效(xiao)率(lv)。

在歐盟（EU）的資(zi)助(zhu)下，包括(kuo)西班牙可再生能源巨頭Abengoa在內的9家(jia)單位（5家(jia)大學(xue)與4家(jia)公司(si)）參與了SCARABEUS項目的科研工作。