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CSPPLAZA光熱發電網訊：美國(guo)(guo)桑迪亞(ya)國(guo)(guo)家(jia)實(shi)驗室（SNL）下轄的(de)美國(guo)(guo)國(guo)(guo)家(jia)太(tai)陽能熱(re)利(li)用測試中心（NSTTF）將在2020年夏(xia)天(tian)實(shi)現多項突破性(xing)進(jin)(jin)展(zhan)，其(qi)中包(bao)括首(shou)(shou)次對粒(li)子接(jie)收器和超臨(lin)界CO2系統之間的(de)熱(re)交換器進(jin)(jin)行(xing)測試，以及首(shou)(shou)次將粒(li)子接(jie)收器連接(jie)到超臨(lin)界CO2系統的(de)回路測試。

SNL聚光太陽能項目(mu)經(jing)(jing)(jing)理Paul Gauche表示：“SNL已經(jing)(jing)(jing)建造和試驗(yan)超臨界(jie)二(er)氧(yang)(yang)化碳(tan)(tan)循(xun)環(huan)系(xi)統大(da)約(yue)10年了，在Brayton實(shi)驗(yan)室已經(jing)(jing)(jing)建成了多個(ge)超臨界(jie)二(er)氧(yang)(yang)化碳(tan)(tan)循(xun)環(huan)回路，其中(zhong)包括(kuo)可(ke)為客戶提供測試和研究服(fu)務的三個(ge)超臨界(jie)二(er)氧(yang)(yang)化碳(tan)(tan)循(xun)環(huan)系(xi)統。”

2015年，SNL向美國能源部太(tai)陽能技術辦公室(shi)提出申請，請求其繼(ji)續資助一(yi)個(ge)SunShot項(xiang)目（SuNLaMP）。該項(xiang)目是(shi)規模更大(da)的第3代(dai)粒子中試裝置（G3P3）光熱(re)發電研究項(xiang)目的前(qian)身(shen)，其目標(biao)是(shi)建立一(yi)個(ge)帶(dai)有集(ji)成超(chao)臨界二氧化碳循環系(xi)統回路的下(xia)落粒子接收器系(xi)統，以(yi)證明使用聚光集(ji)熱(re)系(xi)統加熱(re)的顆粒介質可以(yi)使超(chao)臨界二氧化碳循環系(xi)統工作(zuo)溫度(du)達到700℃以(yi)上(shang)。上(shang)述研究和(he)測試是(shi)SuNLaMP項(xiang)目的延續。

資深科(ke)學家Cliff Ho博士是負責這些項目(mu)的主要研究員。據他介紹，集成測試(shi)系統(tong)將包括以下(xia)組(zu)件：下(xia)降型(xing)粒子(zi)接(jie)收(shou)器、顆(ke)粒介質到(dao)超(chao)臨界CO2熱(re)交(jiao)換器系統(tong)、超(chao)臨界CO2回(hui)(hui)路(lu)(lu)、超(chao)臨界CO2回(hui)(hui)路(lu)(lu)的間接(jie)空氣(qi)冷卻系統(tong)。

Cliff Ho表示：“這個集成系統是獨一無二的，它將利用陽光將粒子加熱到約800°C，然后通過一級熱交換器將熱量傳遞到工作流體中。這種換熱器在全球首次實現了可以在設計溫度大于700°C、壓力大于20兆帕的情況下，將熱量從移動填充床中的顆粒傳遞給超臨界二氧化碳介質。”

按照美國能源部的(de)計劃，超臨界CO2循環(huan)技術將應用(yong)于下一(yi)代光(guang)熱(re)發電(dian)(dian)技術，以進(jin)一(yi)步提升系統效率，并最(zui)終(zhong)降低光(guang)熱(re)發電(dian)(dian)成(cheng)本。目前相關的(de)測試正(zheng)在NSTTF進(jin)行，使(shi)用(yong)的(de)是(shi)1978年建造的(de)美國第(di)一(yi)座聚光(guang)太陽能塔(ta)。該塔(ta)80萬(wan)磅(bang)重(zhong)的(de)電(dian)(dian)梯(ti)承載能力允許研究(jiu)人員建造大型實驗裝備并將其(qi)提升到塔(ta)頂。

圖：安裝(zhuang)在顆粒接收器組件(jian)中的熱交換器

研究背景：

下降粒子接收(shou)器（Falling particle receiver）技術之所以吸引(yin)了(le)研究者的關(guan)注，是因為其可以在較(jiao)高(gao)溫度下高(gao)效集熱(re)并存儲(chu)熱(re)能(neng)，而不會(hui)發生(sheng)任何分解。這解決了(le)傳統熔(rong)鹽吸熱(re)儲(chu)熱(re)在高(gao)溫下運行會(hui)升(sheng)華(hua)為氣體而散失的一大弊端。

這種熱(re)量接收器的(de)實(shi)驗(yan)型(xing)樣(yang)機在Sandia實(shi)驗(yan)室開發完成，像沙子一樣(yang)的(de)陶瓷(ci)顆粒通過一束被(bei)(bei)聚焦(jiao)的(de)太陽強光照射后就(jiu)能(neng)獲取和存儲太陽熱(re)能(neng)，這些粒子吸熱(re)后被(bei)(bei)存儲至下部的(de)一個保溫絕(jue)熱(re)箱(xiang)內(nei)進行儲熱(re)和發電。該技術(shu)的(de)運(yun)行溫度(du)可(ke)達將近1000攝氏度(du)，如此高的(de)運(yun)行溫度(du)將有效提升集熱(re)效率，降低儲熱(re)成本。因為同樣(yang)的(de)儲熱(re)量，溫度(du)越高則需(xu)求的(de)儲熱(re)介質越少。

塔(ta)式光熱(re)電站(zhan)目前一般采(cai)用水或熔鹽作為工質，運(yun)行溫度不會(hui)高(gao)于(yu)550攝(she)氏度，熱(re)電轉化效率不會(hui)高(gao)于(yu)40%。而這種下降型(xing)粒子接(jie)收(shou)器的高(gao)溫運(yun)行優勢十分(fen)明顯(xian)，采(cai)用上(shang)述吸熱(re)儲熱(re)技術可顯(xian)著提升塔(ta)式光熱(re)電站(zhan)的熱(re)電轉換(huan)效率至(zhi)50%甚(shen)至(zhi)更(geng)高(gao)。

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