太阳能光热发电几种创新型储热技术
2017-04-23
光热电站相比光伏电站的核心优势即在于光热电站可配置储热系统，与传统的火力发电厂一样，生产出电网友好型的可调度电力，满足连续的用电需求。目前，商业化光热发电项目的储能市场仍然以二元熔盐为工质的熔盐储能技术为主流，但其凝固点过高，易冻堵管道的缺陷也饱受诟病。
那么，有没有一种更先进的储热技术，可替代传统的熔盐储热技术进而成为主流？近年来，创新型储能技术层出不穷，尽管其大多停留在实验室或小型示范阶段，在理论层面已证明了其发展潜力，但其商业化价值仍尚待发掘。
1. 挪威Energy Nest公司新型固态混凝土储能技术
挪威科技公司Energy Nest与德国Heidelberg水泥公司（德国跨国建材公司，全球四大水泥生产商之一）展开合作，耗时五年半研发出一种全新的特殊混凝土HEATCRETE储能技术。HEATCRETE混凝土经国际权威独立第三方实验室测试，具有高比热容和高热导率的特性。与之前最为先进的混凝土储能系统相比，HEATCRETE系统的导热系数提高了70%，比热容值提高了15%，这对电站的热力性能和传热介质来说意义重大。该公司表示，其HEATCRETE混凝土储能系统能使整个光热电站的成本下降10%，针对熔盐储能系统则能节约60%的成本。HEATCRETE混凝土储能技术还能应用于风电和生产高温设备的工厂，但光热电站是该公司的主要目标市场。
2. 麻省理工学院新型液态金属储能技术
2014年9月，麻省理工学院的研究人员公开一种新型全液态金属电池储能系统。该液态金属储能系统内部没有使用任何固体材料制作，全部的储能元件也都采用融化的液体来制作。该系统造价低廉，且使用寿命较长。研究团队称该储能系统可使风能和太阳能这些可再生能源具备与传统能源相竞争的能力。
3. 瑞典查尔姆斯大学新型含碳化学液体高效储能
2017年3月，瑞典查尔姆斯理工大学研究者成功验证了以一种含碳化学液体作为介质，来高效存储太阳能的新型储能技术的可行性。通过这种化学液体，能够实现能量的自由传输以及随时释放。值得一提的是，该化学液体释放能量时，几乎可以实现能量的零损耗。研究小组将这个过程叫做“分子式太阳能储热系统”。目前，此项新技术已成功登上《能源与环境科学》（英国皇家化学院发行的学术期刊）的封面。
图：“分子式太阳能储热系统”模型
瑞典SaltX科技公司推出一种新型储能技术，主要利用盐晶体及其溶液在不同温度作用下，发生化学反应来进行储存与释放能量。可应用于光热发电、太阳能制冷和空调领域，该公司宣称可使能耗及储能成本降低约33%。该公司成立于2001年，一直致力于可再生能源的发展。凭借在欧洲绿色能源领域的快速发展，SaltX科技公司于2016年11月荣获BullhoundConnect大奖。目前，该公司已与美国通用电气、瑞美制造和阿法拉伐等公司建立合作关系，并提供新型储能解决方案。
5.美国新型热化学储能系统
2016年5月，美国俄勒冈州立大学和佛罗里达大学的科研人员合作推出一种新型热化学储能系统，可用于存储和释放太阳能。相比传统储热设备，美科研人员改进后的储能方案新增一种类似电池的热化学储能系统，其内部的转化过程是基于热能而非电流。在“充电”期间，碳酸锶在太阳热能作用下，分解成氧化锶和二氧化碳。当“放电”时，氧化锶和二氧化碳会发生合成，同时释放出储存的热量。该储能系统的材料易获得、不易燃且绿色环保，使用这些材料合成的化合物运行温度高达1200摄氏度，储热效率比现有储热系统高两倍。
图：新型热化学储能系统原理图
Solastor是澳大利亚一家研究太阳能储热发电技术的专业公司，其采用高纯石墨作为吸热和储热材料的塔式热发电技术一直领先于世界，其内置式石墨储能技术在十余个国家获得了知识产权的专利保护。该储能技术具有低塔、多塔、环保、安全、高容量储能和24小时热能损失低于5%，以及模块化组合等优点。
2014年，江苏润阳储能技术有限公司引进该公司内置式石墨工质塔式光热发电技术，建设我国首个石墨工质塔式光热发电示范项目。这种以石墨为介质，集吸热、储能、热交换为一体的“三合一”内置式先进技术，填补了我国光热发电领域的又一空白，对在我国开发太阳能塔式光热发电技术具有现实意义。
图：位于江阴的我国首个石墨工质塔式光热发电示范项目
2015年12月，阿联酋Masdar理工学院宣布，其研究人员已成功证明沙子可以储存太阳热能用于光热发电，存储温度可达1000℃。该研究项目名为“Sandstock”，目标是寻求开发一种可持续的低成本的依靠重力给料的太阳能接收器和存储系统，即使用沙子作为传热和储热介质。沙漠里的沙子是一种潜在的储热材料，其热稳定性和比热容在高温下的特性已经被研究证明。用廉价的沙子可以降低成本，同时，储热材料工作温度的增加意味着效率提升。
2016年7月，全球首个以沙子作为工质的塔式光热电站在意大利西西里岛正式启动。该项目的核心技术是一种基于沙子流化床的太阳能蒸汽发生技术，是首个在MW级规模对沙子储热工质进行示范的电站，能够吸收和储存太阳能并将热量转化为电力和其他热能使用。
图：位于意大利的全球首个沙子工质塔式光热电站
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