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CSPPLAZA光熱發電網訊：據(ju)外(wai)媒報(bao)道，目(mu)前NREL（美國國家可再生(sheng)能源實(shi)(shi)驗室）和Acciona Solar Power正在(zai)開(kai)發一種新技術，通過集成(cheng)的(de)氫傳感器/分離模塊來逆轉太陽能光(guang)熱電站吸熱器領域中氫積累的(de)高成(cheng)本效應，從而實(shi)(shi)現長期提高太陽能光(guang)熱電站效率和收(shou)益的(de)目(mu)標。

自(zi)上世紀80年代中期以(yi)來(lai)，人們(men)開(kai)始利用太陽能熱發電生(sheng)產的清潔能源為家(jia)庭、學校、辦公室(shi)和社區供電。然而，目前普遍開(kai)發的槽式光熱電站面臨的一(yi)個持(chi)續挑(tiao)戰(zhan)是(shi)氫氣(qi)的積(ji)累，這對于減(jian)輕和降低光熱電站效率而言可(ke)能是(shi)昂貴的。NREL高級科學家(jia)Greg Glatzmaier一(yi)直致力于花(hua)費(fei)大量時間來(lai)尋求(qiu)解(jie)決氫積(ji)累的技術(shu)方(fang)案。

槽式光熱電站多年遭受氫氣累積的困擾

采用槽式技術路線的(de)(de)太陽(yang)能(neng)(neng)光(guang)熱(re)(re)電站(zhan)中，集熱(re)(re)管(guan)沿彎曲的(de)(de)聚(ju)光(guang)鏡運行，以吸收太陽(yang)的(de)(de)能(neng)(neng)量。在操作過程(cheng)中，將熱(re)(re)量從槽式集熱(re)(re)器(qi)輸送到蒸(zheng)汽輪機(ji)的(de)(de)有(you)機(ji)基介質，會遭受很(hen)小但(dan)恒定的(de)(de)熱(re)(re)擊(ji)穿。盡管(guan)產生(sheng)的(de)(de)氫(qing)氣微乎其微，但(dan)會產生(sheng)嚴重(zhong)的(de)(de)影響——造成熱(re)(re)損(sun)失，可能(neng)(neng)使整個(ge)光(guang)熱(re)(re)電站(zhan)的(de)(de)效率和收益降低15％。全世界有(you)80多(duo)個(ge)槽式光(guang)熱(re)(re)電站(zhan)在運營(ying)，這估計會導致(zhi)750兆瓦(wa)的(de)(de)發電能(neng)(neng)力損(sun)失和每年約2.5億美元(yuan)的(de)(de)收入損(sun)失。

而不可避免地，所有槽式(shi)光熱電站的(de)設備(bei)都會遭受氫氣堆積(ji)的(de)困擾。

要(yao)(yao)開發出(chu)解(jie)決(jue)這一(yi)棘手問題(ti)的有(you)(you)效解(jie)決(jue)方案(an)，就(jiu)需要(yao)(yao)Glatzmaier具(ju)備(bei)的所(suo)有(you)(you)偵查技(ji)能(neng)：敏銳的觀察力、光熱(re)(re)電(dian)站運(yun)營的實踐知識(shi)、以及計算建模專業(ye)知識(shi)。多年(nian)(nian)來，幾種(zhong)有(you)(you)前途的解(jie)決(jue)方案(an)要(yao)(yao)么(me)測試失敗(bai)，要(yao)(yao)么(me)僅提供5-7年(nian)(nian)的修(xiu)復(fu)。這對于使用壽命至(zhi)少為30年(nian)(nian)的光熱(re)(re)電(dian)站來說，遠遠不(bu)夠。一(yi)旦單個吸熱(re)(re)器的效率(lv)下(xia)降(jiang)，更換也(ye)是(shi)非常昂貴。氫積累這個隱患問題(ti)，藏在眾目睽睽之下(xia)。

因此，Glatzmaier在能源部(bu)太陽能技(ji)術辦公室的(de)(de)支(zhi)持和(he)資金支(zhi)持下，與(yu)Acciona Solar Power合作開(kai)發了(le)系統(tong)緩解過(guo)程，該過(guo)程可(ke)永(yong)久控制吸(xi)熱器中的(de)(de)氫氣，以(yi)擴展或恢復原始光熱電(dian)站的(de)(de)效率和(he)收益。

Glatzmaier說：“對(dui)我來(lai)說，為光熱發電技術和行(xing)業創造(zao)一些實用的用途和價值一直是我的優先考慮(lv)。”

偵查技巧為解決方案指明了方向

在尋(xun)找解決方案時(shi)，Glatzmaier與(yu)其他研究人員一起在莫哈韋沙漠(mo)光(guang)熱(re)電站中(zhong)，上下推(tui)動反向鏡支架(jia)，拍攝吸(xi)熱(re)器的(de)(de)(de)紅(hong)外(wai)圖像，以(yi)監視真空集(ji)熱(re)管中(zhong)玻(bo)璃(li)套管的(de)(de)(de)溫度(du)。吸(xi)熱(re)器設計為在140°F（華氏(shi)度(du)，相當(dang)于(yu)60℃）的(de)(de)(de)玻(bo)璃(li)表面(mian)溫度(du)下運行。然而，紅(hong)外(wai)圖像測量的(de)(de)(de)某(mou)些吸(xi)熱(re)器的(de)(de)(de)玻(bo)璃(li)表面(mian)溫度(du)為284°F（140℃）至320°F（160℃）。玻(bo)璃(li)套管的(de)(de)(de)絕緣體以(yi)某(mou)種方式受到(dao)損害，并且(qie)發生(sheng)了(le)熱(re)損失。

研(yan)究人員(yuan)了解到，傳熱介質會釋放(fang)出氫氣，氫氣會通過鋼管泄漏，而氫氣是良好的(de)熱導體。這三個(ge)條件都存在于吸熱器中，而意外的(de)是高玻璃表面溫度提供了第一個(ge)線索。研(yan)究人員(yuan)確定了熱量損失的(de)原因，但事實證明，比起設計(ji)一種解決方案，找出氫積累問題要(yao)容易得(de)多(duo)。

Glatzmaie是(shi)一位(wei)(wei)敏銳的(de)觀察員，對操作員了(le)解(jie)(jie)光熱電站的(de)工作原理非常了(le)解(jie)(jie)。當他(ta)(ta)考慮不同的(de)解(jie)(jie)決方案(an)時(shi)，他(ta)(ta)意(yi)識(shi)到如果(guo)要(yao)去除氫氣，則必(bi)須(xu)在一個位(wei)(wei)置(zhi)進行。他(ta)(ta)熟悉光熱電站的(de)布置(zhi)方式，功能(neng)以(yi)及傳熱介質的(de)循(xun)環方式；他(ta)(ta)考慮了(le)哪些(xie)設備需(xu)要(yao)接觸(chu)到傳熱介質。他(ta)(ta)將(jiang)注意(yi)力集中在容(rong)納所有未循(xun)環的(de)傳熱介質的(de)膨脹罐上。

設計原型的基本要點

在能源部太陽能技術(shu)辦公室和光熱電(dian)站開發商Acciona Solar Power的(de)(de)(de)支持(chi)下，Glatzmaie在5年的(de)(de)(de)合作中開發了自己的(de)(de)(de)分(fen)步(bu)解決方案(an)。

他首先建立了(le)一個(ge)計算模型，以確定維持循環傳熱(re)介質中可(ke)接受的氫濃度所需的氫提(ti)取速率。

接下來，他開發了一(yi)種氫(qing)氣(qi)傳感(gan)器(qi)，可以每(mei)隔一(yi)到兩分(fen)鐘進行一(yi)次氣(qi)體(ti)濃度測量。準(zhun)確(que)實時地(di)測量氫(qing)氣(qi)的量至關(guan)重(zhong)要(yao)，但是(shi)現有的傳感(gan)器(qi)要(yao)求將(jiang)樣品發送到實驗室進行分(fen)析。

第三項任務是開發一種(zhong)從膨脹罐頂部空間氣體中(zhong)提(ti)取氫(qing)氣的簡(jian)單方(fang)法(fa)。使用(yong)鈀膜分離出氫(qing)氣，然后(hou)將其通(tong)過真(zhen)空泵提(ti)取到催化(hua)氧化(hua)劑中(zhong)，以水(shui)蒸氣形式排放。

最后的任務是(shi)將(jiang)氫感測和(he)提(ti)取結合起來，并將(jiang)其集成到一個物理(li)原型中，該原型可以用作光熱電站規模(mo)模(mo)塊的模(mo)型。

原型被制造出來，NREL的(de)(de)實驗室評估證明(ming)了(le)(le)其成功解決氫積累問(wen)題(ti)的(de)(de)能(neng)力，從(cong)而為構建和測試現場模塊掃清了(le)(le)道(dao)路(lu)。

集成式氫氣傳感器/分離器模塊為光熱電站帶來了新生命

據(ju)了(le)解，在(zai)Acciona的(de)內華(hua)達州(zhou)Solar One光(guang)熱(re)(re)電站設計并安裝了(le)一個完整(zheng)的(de)集成式氫傳(chuan)感器/分離器模塊，正(zheng)在(zai)進(jin)行的(de)評估表明：已按設計成功運行。該模塊遠遠超(chao)出(chu)了(le)防止新吸熱(re)(re)器將(jiang)來(lai)(lai)效(xiao)率下降的(de)范圍。它通過將(jiang)氫氣(qi)從玻璃套管(guan)中抽出(chu)來(lai)(lai)，逐步清潔現(xian)有的(de)受(shou)污染吸熱(re)(re)器，并將(jiang)其恢復到原(yuan)來(lai)(lai)的(de)運行效(xiao)率。

圖(tu)：工人在內華達Solar One光(guang)熱電站現場安(an)裝氫傳感器與提取(qu)裝置

內華達(da)Solar One光(guang)熱電站，僅(jin)用了(le)兩(liang)個月就收回了(le)50萬美元的(de)投資。與現場使用壽命中(zhong)更(geng)換退(tui)化(hua)的(de)太陽能吸熱器將近2,000萬美元的(de)成(cheng)本相(xiang)比，集成(cheng)的(de)氫(qing)傳感器/分離器模塊不(bu)僅(jin)便宜，還(huan)可以改(gai)變游戲規則。另(ling)外，安裝過程中(zhong)不(bu)會對工(gong)廠的(de)發電量造成(cheng)任何昂(ang)貴的(de)中(zhong)斷，從而提高了(le)該技術對注重成(cheng)本的(de)光(guang)熱電站操作人員的(de)吸引力。

集成的(de)氫氣(qi)傳感器(qi)(qi)/分離器(qi)(qi)模塊是將技術從NREL轉移(yi)到工業領域實際(ji)應用(yong)的(de)絕佳案(an)例。正如Glatzmaier指出的(de)那(nei)樣：“對我來說(shuo)，研發的(de)產品能夠一直運行是一個目標，并且(qie)這項技術具有明顯的(de)效率和經濟利益。”

為了確保(bao)在內(nei)華達Solar One光熱電站(zhan)實際運行中得到(dao)的(de)教訓，和能帶來更廣(guang)泛(fan)的(de)好處，NREL正在探索在其(qi)他光熱電站(zhan)安裝集(ji)成式氫氣傳感器和分離器模塊的(de)機會。