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CSPPLAZA光熱發電網訊：據外媒報道，來自美國的研究人員正在開發一種新型流量控制閥以幫助光熱電站開發商進一步降低成本。

據(ju)悉，桑迪亞國家實(shi)驗室(shi)（Sandia National Laboratories，以(yi)(yi)(yi)下簡稱(cheng)Sandia）與全球閥門和(he)泵業集團Flowserve以(yi)(yi)(yi)及核電開(kai)(kai)發(fa)商Kairos Power合作開(kai)(kai)發(fa)出一款(kuan)可以(yi)(yi)(yi)承受(shou)比當前常見(jian)設計溫度高得多的(de)閥門（適用(yong)于熔(rong)鹽等傳儲(chu)熱介質(zhi)）。

當前，光伏和風能等可再生(sheng)能源發(fa)(fa)電成本在(zai)不斷下降的同時也(ye)在(zai)一(yi)定(ding)程度上削弱光熱發(fa)(fa)電技術(shu)的競爭力(li)，因此光熱發(fa)(fa)電行業也(ye)必須加快降本步伐，而通過提(ti)升系(xi)統工作溫度來(lai)提(ti)高發(fa)(fa)電效(xiao)率(lv)則是一(yi)種有效(xiao)途徑。

目前(qian)光熱(re)(re)電(dian)站通常使用熔融(rong)鹽(yan)作為傳(chuan)儲熱(re)(re)介質，系統運行設計溫(wen)度一般在560°C左右。而Sandia與其合作伙伴所設計的新型閥門(men)則可以承受(shou)750°C的高溫(wen)，從而大幅提升光熱(re)(re)發電(dian)系統的能量轉換效(xiao)率。

在(zai)光(guang)熱發(fa)電(dian)系統中，熔鹽閥等設備需(xu)要(yao)在(zai)相(xiang)對極端的溫(wen)度、壓力和(he)(he)流速(su)工況(kuang)下提供(gong)穩定的熱傳遞(di)和(he)(he)流動性，一旦室外(wai)溫(wen)度較低時，材料會出(chu)現(xian)膨脹(zhang)、彎曲和(he)(he)翹曲等現(xian)象，因此需(xu)要(yao)經常維護，否則就會出(chu)現(xian)故障并最終降低電(dian)站(zhan)的發(fa)電(dian)量。美國國家可再生(sheng)能(neng)(neng)源實驗室（NREL）于2020年(nian)6月發(fa)布的全球首(shou)份光(guang)熱電(dian)站(zhan)全球最佳實踐(jian)報告中便指出(chu)，閥門問題(ti)被確定為許多關鍵性能(neng)(neng)風險之一。

據Sandia項目負責人Ken Armijo介紹，Sandia及其合作伙伴將使用創新型(xing)設(she)計和新型(xing)材料來提高閥門關(guan)鍵應力點(dian)的(de)可(ke)靠性，并最大程度地降低成本。

Ken Armijo表示：“從性能和可(ke)靠性的(de)(de)角度來(lai)看，熱機械應(ying)力(li)將(jiang)是(shi)我(wo)們的(de)(de)首要考(kao)慮(lv)因素(su)。采用新(xin)型設計后，不但可(ke)明顯提升閥(fa)門(men)(men)可(ke)靠性，還(huan)可(ke)以(yi)有效減少所需閥(fa)門(men)(men)數量，同(tong)時維護速度也(ye)比(bi)目前采取(qu)的(de)(de)方(fang)法快(kuai)得多。”

除(chu)了熔鹽，該閥(fa)門也(ye)能(neng)(neng)適用(yong)于其它傳熱流(liu)體，并可應(ying)用(yong)于核電(dian)和石(shi)化等(deng)其它高(gao)溫(wen)能(neng)(neng)源領域。

獲得DOE 250萬美元研發支持資金

據悉，美國能源部(bu)（DOE）向Sandia撥(bo)付了(le)250萬美元(yuan)，用于該(gai)項新型閥(fa)門研究(jiu)。

按照(zhao)DOE的(de)(de)(de)目標，到2030年配置12小(xiao)時儲(chu)熱(re)系統的(de)(de)(de)光熱(re)電(dian)(dian)站的(de)(de)(de)發電(dian)(dian)成(cheng)本(ben)將(jiang)(jiang)降低至50美(mei)元/兆瓦時。圍繞該目標，預計(ji)DOE很(hen)快將(jiang)(jiang)宣布其(qi)第(di)三代光熱(re)發電(dian)(dian)計(ji)劃(hua)的(de)(de)(de)中標單位，該計(ji)劃(hua)后續將(jiang)(jiang)建設一個使用液(ye)體(ti)(ti)、固體(ti)(ti)顆粒或氣體(ti)(ti)材(cai)料作為介質(zhi)的(de)(de)(de)高溫(wen)光熱(re)發電(dian)(dian)系統。

據悉，Sandia正在和Brayton Energy公司以及國(guo)家可再生能源實驗室(shi)（NREL）競爭(zheng)，以爭(zheng)取獲(huo)得(de)DOE2500萬美(mei)元的撥款(kuan)以建設該中(zhong)試發電項目(mu)。

圖(tu)：全(quan)球(qiu)太陽能(neng)、風(feng)能(neng)平準(zhun)化電力(li)成本(ben)

同時，其它一些高溫光(guang)熱發(fa)電研(yan)發(fa)項(xiang)目也在進(jin)行(xing)中(zhong)。

目前(qian)，德(de)國航空(kong)航天(tian)中心DLR正與包括全球最大面食生產商(shang)Barilla在內的(de)(de)十(shi)余家國際合作伙(huo)伴合作推(tui)進一項(xiang)名為“用(yong)于靈活能(neng)源系統的(de)(de)高存(cun)儲密(mi)度太陽能(neng)發(fa)電(dian)廠(chang)”的(de)(de)研發(fa)項(xiang)目（簡(jian)稱HiFlex項(xiang)目）。

研(yan)究人員(yuan)正在嘗試利(li)(li)用配置陶瓷顆粒(li)儲熱系統的(de)塔式光熱電站盡(jin)可(ke)(ke)能為意大利(li)(li)面的(de)生(sheng)產和干燥過(guo)程提供(gong)可(ke)(ke)持續(xu)的(de)可(ke)(ke)再生(sheng)能量，以將面食生(sheng)產過(guo)程中所產生(sheng)的(de)碳排放不斷(duan)降低。

另一邊，為了解(jie)決流(liu)量(liang)控(kong)制閥承(cheng)受的(de)極端應力，Sandia及其合作伙伴還(huan)在開發一種獨立的(de)熱管理系統(tong)（STM）和一款(kuan)熱管閥桿，該閥桿可以更均勻地分配熱量(liang)，從而最大程(cheng)度地減(jian)少焊接、密封(feng)和墊圈所承(cheng)受的(de)應力。

據悉(xi)，STM系統可以替代目(mu)前光熱(re)發電管道管理系統常(chang)用的“伴熱(re)”設施。STM由加(jia)熱(re)器和溫度傳感(gan)器組成(cheng)，由分布(bu)式(shi)控制系統（DCS）控制。

按照Sandia的(de)(de)(de)思路，通過使(shi)(shi)用具有(you)耐腐蝕焊(han)縫的(de)(de)(de)不銹鋼(gang)材料(liao)不僅可以降低閥(fa)門成本，還(huan)可以使(shi)(shi)閥(fa)門更(geng)加堅固耐用。目(mu)前(qian)市場中常用的(de)(de)(de)熔鹽流量控制(zhi)閥(fa)往往使(shi)(shi)用成本較高的(de)(de)(de)鉻基(ji)材料(liao)，而該材料(liao)無法承受(shou)較高的(de)(de)(de)溫度(du)。

目前，Sandia正在技術經濟性分析(xi)中考慮一系列制造方(fang)法，并(bing)將在第二季度(du)末確定該閥門成本目標(biao)。為(wei)了最大程度(du)地(di)降(jiang)低成本，研發(fa)團隊計劃盡可能簡(jian)化閥門的(de)設計，并(bing)減少所需的(de)閥門和流量(liang)計數量(liang)。

Ken Armijo表示，閥門數量(liang)(liang)能否減少將取決(jue)于系統設計，針(zhen)對(dui)美國DOE擬(ni)建的1MWth第三代(dai)光熱(re)發電中試(shi)系統，Sandia正在考慮將流量(liang)(liang)控制閥放置(zhi)在泵之后和再(zai)循環回(hui)路(lu)中，以實現更好地控制流量(liang)(liang)。

創新維護思路或可有效減少停機時間

此外(wai)，Sandia還在(zai)開發一(yi)種可大(da)大(da)縮(suo)短維護(hu)時間的創新設計，該設計將允許在(zai)不拆下(xia)閥蓋(gai)或螺栓(shuan)的情(qing)況下(xia)更換(huan)填料。Ken Armijo表示(shi)：“這可以(yi)大(da)大(da)縮(suo)短維護(hu)時間，并消除可能影響系統運行的配置錯誤等(deng)問題。”

相(xiang)關數據表明，光熱發電閥門需要嚴格的按照(zhao)要求進行安裝并對(dui)操作(zuo)人員做好培訓才能有效減少故障。

據來(lai)自Solar Dynamics的高級(ji)工程師(shi)、NREL最佳光(guang)(guang)熱發(fa)電(dian)項(xiang)目(mu)實踐報告的合著(zhu)者Bruce Kelly介紹(shao)，到目(mu)前為止，大多數光(guang)(guang)熱發(fa)電(dian)閥門故障都是由(you)于閥門選擇不當(dang)(dang)或運維不當(dang)(dang)所致。

Bruce Kelly表示：“一種常(chang)見的情(qing)況是：閥(fa)門(men)尺寸(cun)適合設計的流量(liang)條(tiao)件，但對于啟動時(shi)的低(di)流量(liang)工況來說(shuo)還是太大了(le)。維護不善(shan)則包(bao)括未能(neng)更(geng)換(huan)有(you)缺(que)陷(xian)的伴熱電纜，或者(zhe)試(shi)圖延長閥(fa)桿填料的更(geng)換(huan)間隔(ge)時(shi)間等。”

力爭2022年底前全面通過測試

據悉(xi)，Flowserve將為該項目制造兩個原型(xing)閥(fa)，其中一(yi)個將包(bao)含快速更(geng)換填料系統。Flowserve的首(shou)席研發工程(cheng)師Mike Nelson表示，關鍵的性能優化方(fang)向將包(bao)括防(fang)漏(lou)、溫度控制和(he)易(yi)于維(wei)護。

Kairos公(gong)司則將使用位于加利福(fu)尼(ni)亞Alameda的(de)(de)電(dian)站中的(de)(de)流(liu)量(liang)閥測試系統(tong)來測試該款閥門和其它熔融鹽相(xiang)關儀器。Kairos公(gong)司鹽化(hua)學主(zhu)管Alan Kruizenga表示，Kairos將在(zai)包括嚴寒天氣在(zai)內的(de)(de)各種操(cao)作(zuo)場景下評估(gu)閥門流(liu)量(liang)、壓降及整體性能。

相關方(fang)認為，光熱發電閥門研發項目可受(shou)益(yi)于(yu)Kairos在核電研究領域(yu)的豐富經驗。目前Kairos已成功開發出(chu)氟化(hua)物(wu)鹽冷高溫反應堆（KP-FHR），并計劃在位于(yu)橡(xiang)樹嶺的東田納西(xi)州(zhou)技術園(yuan)（ETTP）建(jian)造其(qi)首個試驗反應堆。不久前，美國能源部還向Kairos撥款3.03億美元用于(yu)其(qi)核電站計劃。

Alan Kruizenga指(zhi)出，Kairos將通過快速計(ji)劃(hua)、設計(ji)、建造和測(ce)試(shi)(shi)來促進光(guang)熱發電閥(fa)門(men)快速優(you)化并(bing)不(bu)斷迭代升(sheng)級，而這種快速測(ce)試(shi)(shi)方法應有(you)助于(yu)Sandia在(zai)2022年底之前(qian)實現(xian)創(chuang)新型光(guang)熱發電閥(fa)門(men)設計(ji)通過全(quan)面測(ce)試(shi)(shi)的(de)既定(ding)目標。