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CSPPLAZA光熱發電網訊：據外媒消息(xi)，澳大利(li)亞(ya)聯邦(bang)科(ke)學與工業研(yan)究組(zu)織CSIRO近日(ri)宣布(bu)，作為(wei)利(li)用“下落(luo)陶瓷(ci)顆(ke)粒”來捕獲和儲存(cun)太(tai)陽(yang)能研(yan)究項目(mu)的(de)一部(bu)分，其位于新南(nan)威爾士州(zhou)紐卡斯爾的(de)聚(ju)光太(tai)陽(yang)能研(yan)究取(qu)得了新突破。

具體(ti)而言，由(you)Jin-Soo Kim領導的太陽能技術(shu)團隊最近采用全新概念，在下(xia)落粒子(zi)接(jie)收器中(zhong)首次(ci)實現了(le)803℃的關(guan)鍵里程碑溫(wen)度。

Jin-Soo Kim表示，“這(zhe)一突破(po)意義重(zhong)大(da)(da)，因為(wei)它(ta)可(ke)與我們(men)的(de)專利(li)換熱器相結(jie)合，進而使更大(da)(da)規(gui)模(mo)的(de)可(ke)再生能(neng)源儲(chu)存成為(wei)了(le)可(ke)能(neng)。這(zhe)項(xiang)技術是大(da)(da)規(gui)模(mo)提供低成本可(ke)再生能(neng)源以實現澳(ao)大(da)(da)利(li)亞(ya)重(zhong)工(gong)業脫碳(tan)的(de)關鍵。”

可承受超1000℃高溫

據悉，CSIRO太陽能技術(shu)團隊上(shang)述研究主要圍繞對傳統聚光太陽能熱利用技術(shu)(CST)進行(xing)創(chuang)新展(zhan)開。

傳統CST技術受(shou)到(dao)所使用的(de)傳熱(re)流體的(de)限制。熔(rong)鹽(yan)或高溫導(dao)熱(re)油等常(chang)見流體只能分別承受(shou)600℃和400℃的(de)工作溫度(du)。

然而，CSIRO太陽能技術團隊正(zheng)在研究的(de)陶瓷顆粒可(ke)以承受超過1000℃的(de)溫度(du)，是儲存(cun)大量熱量的(de)理想選擇。

在上(shang)述研究中，細如(ru)沙子的(de)陶瓷顆粒(li)不僅可(ke)以被用來吸(xi)收太陽的(de)熱量(liang)，還可(ke)以儲存熱量(liang)，并(bing)能(neng)夠持續(xu)使用長達(da)15小時，從而簡(jian)化系(xi)統并(bing)降低成(cheng)本。

實(shi)際運行過(guo)程中(zhong)，這些直徑不到(dao)(dao)半毫米的微小(xiao)深色陶瓷顆粒(li)從吸(xi)熱塔頂(ding)的料斗(dou)中(zhong)掉(diao)落，并在下落過(guo)程中(zhong)利(li)用重力實(shi)現一定升溫(wen)，同時被(bei)聚(ju)光太陽能量加熱。這些粒(li)子(zi)的溫(wen)度可以快速從500℃飆升到(dao)(dao)800℃，甚(shen)至(zhi)可通過(guo)相關設(she)置達到(dao)(dao)1000℃。

與傳統(tong)依賴管道輸送不同(tong)，該系統(tong)中(zhong)的顆粒可以自由下落，這避免了對(dui)相關系統(tong)鋼材料的熱(re)(re)限制(zhi)。顆粒加熱(re)(re)后(hou)便被儲存在筒倉(cang)中(zhong)，當需要時再被用來生產用于發電或其(qi)他(ta)工業(ye)任務(wu)的蒸(zheng)汽。

當粒子冷(leng)卻時(shi)會(hui)釋放出(chu)能量，可(ke)在需要時(shi)提供電力。即使在沒有陽光(guang)的情況(kuang)下（例如夜間(jian)或陰天）也可(ke)以使用。

據了解，澳大利亞(ya)62%的燃煤發電(dian)(dian)站預計將在2033年(nian)之前關(guan)閉(bi)。隨著燃煤電(dian)(dian)站加速關(guan)閉(bi)，配置陶瓷顆粒(li)的CST技(ji)術可以(yi)幫助填補(bu)這(zhe)一空白，并為可靠發電(dian)(dian)提供綠色替代方案。

圖：CSIRO位于紐卡斯(si)爾(er)的(de)聚光集熱(re)系統

CSIRO紐卡斯(si)爾(er)試(shi)點系統擁有(you)400面(mian)反射(she)鏡，而(er)一個大型商業(ye)化項目可能需要(yao)上萬面(mian)反射(she)鏡，其發(fa)電能力可與裝(zhuang)機100MW的(de)燃煤(mei)發(fa)電站(zhan)相當。

面臨的挑戰

雖然上述系統工藝(yi)流程(cheng)成功(gong)被驗證，但(dan)開發過程(cheng)也(ye)面臨著一(yi)些(xie)挑戰。

比如，粒(li)子(zi)落得(de)太快會散開，導(dao)致透光并降(jiang)低效率。就此問題，研究(jiu)人員目(mu)前采用“先抓后(hou)放”的(de)方(fang)法來應對(dui)：即當粒(li)子(zi)下(xia)落一小段(duan)距(ju)離后(hou)，使(shi)其落入一個槽中，從而降(jiang)低它們在落入下(xia)一個槽之前的(de)速度。

研究人員(yuan)Wes Stein表示：“挑戰不在于從太陽收集多(duo)少能(neng)量，而(er)是如(ru)何安全(quan)、高效地將(jiang)能(neng)量轉(zhuan)化為(wei)熱量并(bing)將(jiang)其儲(chu)存(cun)起(qi)來，以(yi)供日后使用。CST技術的(de)發電(dian)過程類似一個(ge)不使用煤(mei)的(de)燃煤(mei)電(dian)站，它會使用相(xiang)同(tong)的(de)渦(wo)輪(lun)機(ji)。典型的(de)燃煤(mei)電(dian)站使用工作溫(wen)度在540℃左右的(de)蒸汽(qi)渦(wo)輪(lun)機(ji)，而(er)我們(men)的(de)系統不使用煤(mei)來生(sheng)產過熱蒸汽(qi)，而(er)是從太陽中獲取能(neng)量并(bing)將(jiang)其儲(chu)存(cun)10-15小時。”

有望助力工業脫碳

據(ju)了解(jie)，工(gong)業過程熱能(neng)約占澳大(da)利亞能(neng)源使用和排放總量的(de)20%以上。科學家們普遍認為，澳大(da)利亞的(de)凈零轉(zhuan)型必須包括工(gong)業脫碳途徑。

鑒(jian)于新(xin)(xin)型(xing)下(xia)落陶瓷顆粒CST技術可以實現與煤炭和天(tian)然氣(qi)供(gong)能系統(tong)相同的高溫下(xia)提供(gong)可再生熱量(liang)并持續數小時，研究人員Dominic Saal認為(wei)，新(xin)(xin)型(xing)下(xia)落陶瓷顆粒技術將擴大CST技術在澳大利亞(ya)工(gong)業脫碳過程中的作用。

Dominic Saal同時建議政府(fu)發布相(xiang)關(guan)政策來鼓勵行業(ye)先行者建立當地供應鏈和專業(ye)知識，從而(er)(er)加(jia)快(kuai)能(neng)源(yuan)轉(zhuan)型，進而(er)(er)使澳大(da)利亞(ya)工業(ye)領域(yu)可以用(yong)豐富且低(di)成本的太陽能(neng)資源(yuan)來提(ti)高(gao)其生產力并提(ti)升其在國內乃(nai)至全球市場的競爭力。

據悉，澳(ao)大利(li)(li)亞(ya)太陽能熱(re)(re)(re)利(li)(li)用最高研究(jiu)機構(gou)——澳(ao)大利(li)(li)亞(ya)太陽能熱(re)(re)(re)研究(jiu)所(ASTRI)目(mu)前正在與寵物食(shi)品制造商Mars開展聚光太陽能熱(re)(re)(re)利(li)(li)用技(ji)術相關(guan)研究(jiu)，后者(zhe)在Albury Wodonga擁有一家寵物食(shi)品加工廠，每年所消耗超過140太焦耳的(de)能量主要由(you)天然氣(qi)提供。

目前，Mars正在評(ping)估安裝聚光太陽能(neng)熱利用技術系統為(wei)其寵(chong)物食品制造過(guo)程提供可(ke)再生蒸汽(qi)的可(ke)能(neng)性，而這將(jiang)有(you)可(ke)能(neng)取代其高(gao)達50%的天然氣使用量(liang)。

背景資料：

CSIRO并非唯一研究陶瓷顆(ke)粒儲(chu)熱(re)與光熱(re)發電技術(shu)結合(he)的機構。美國能源部自2015年(nian)(nian)以來一直在(zai)測試加(jia)熱(re)下落(luo)陶瓷顆(ke)粒，并于今年(nian)(nian)2月在(zai)新墨西(xi)哥州開建一座兆瓦(wa)級的下落(luo)顆(ke)粒設施，該(gai)設施預計(ji)將于2024年(nian)(nian)竣工(gong)。

“下一代(dai)(dai)（聚光太(tai)陽能(neng)）有(you)可(ke)(ke)能(neng)改變游戲(xi)規則(ze)，”美(mei)國能(neng)源(yuan)部(bu)負責能(neng)源(yuan)效率和(he)可(ke)(ke)再(zai)生能(neng)源(yuan)的(de)代(dai)(dai)理助(zhu)理部(bu)長Alejandro Moreno表示(shi)(shi)，“該試(shi)點(dian)設施將展(zhan)示(shi)(shi)CSP系統如何應對實現長期儲能(neng)的(de)挑(tiao)戰，同時降(jiang)低(di)太(tai)陽能(neng)熱發(fa)電技(ji)術的(de)成本(ben)和(he)復雜性(xing)。”

此外，雖然陶(tao)瓷顆(ke)粒展示出(chu)其作為儲熱介(jie)(jie)質(zhi)的良好應用前景，但其并不一定是光熱發電系統最(zui)有效的存儲介(jie)(jie)質(zhi)，目前在該領域全(quan)球范圍(wei)內的相關研發機構也(ye)在探(tan)索使用巖石(shi)、沙(sha)子和其他材料。

而最終誰(shui)能(neng)夠勝出，或將(jiang)(jiang)由哪(na)種材料工作溫度更高、儲存熱(re)量(liang)的時間越長來(lai)(lai)決定，屆(jie)時光熱(re)發電系統將(jiang)(jiang)有望徹底解決波動性問題(ti)，人類社(she)會也將(jiang)(jiang)迎(ying)來(lai)(lai)一(yi)個(ge)完全(quan)由清潔能(neng)源(yuan)供電的未來(lai)(lai)。