中國儲能網(wǎng)訊：儲熱的方法按照原理可以分為顯熱儲熱、潛熱儲熱和熱化學(xué)反應(yīng)儲熱三類?，F(xiàn)在主流的太陽能熱發(fā)電儲熱裝置是雙罐融鹽儲熱系統(tǒng)，屬于顯熱儲熱， 存在著蓄熱密度低、成本高、低溫凝固、高溫分解和腐蝕等問題。很多研究人員在開發(fā)高溫混凝土顯熱蓄熱技術(shù)，但混凝土的蓄熱密度過低，影響了其大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。潛熱蓄熱的蓄熱密度大， 但存在著導(dǎo)熱系數(shù)低等問題。熱化學(xué)反應(yīng)蓄熱具有更大的能量儲存密度，而且不需要保溫，可以在常溫下無損失地長期儲存熱能。
有潛力削減光熱發(fā)電的儲熱成本的方案有兩種，分別是：采用一種新型的儲熱材料，或采用一種新的工藝流程。
在今年6月份公布的一項價值1000萬美元的資金支持計劃中，美國能源部SunShot計劃正在支持儲熱技術(shù)向上述兩個方向進行研發(fā)。研究者們獲得SunShot的支持以嘗試研發(fā)新型的儲熱材料，并開發(fā)一種新的工藝來儲存這些材料，即以實際的化學(xué)鍵方式。
科羅拉多礦業(yè)大學(xué)和Sandia國家實驗室已經(jīng)獲得了SunShot計劃的支持。他們采用熱化學(xué)儲存的方式，利用砂石顆粒類的鈣鈦礦（指一類具有特定結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷）作為儲熱材料；佛羅里達(dá)州立大學(xué)和南方研究所則正在研究采用碳酸鹽化學(xué)儲熱材料；加州大學(xué)洛杉磯分校正在研究氨化學(xué)儲熱技術(shù)，西北太平洋國家實驗室則采用金屬氫化物儲熱技術(shù)。
與當(dāng)前領(lǐng)先的采用熔鹽儲熱的光熱發(fā)電儲熱技術(shù)不同，熱化學(xué)儲熱技術(shù)通過類似于化學(xué)實驗室里的本生燈那樣的熱化學(xué)反應(yīng)進行。該輪SunShot資金支持被稱為新型工程性熱化學(xué)儲熱技術(shù)的高效利用均衡機制(ELEMENTS)。
更高的能量密度
Pitchuman表示，“我們之所以聚集熱化學(xué)儲熱技術(shù)，是因為這種通過熱化學(xué)反應(yīng)以化學(xué)鍵的方式存儲太陽能的技術(shù)擁有更高的能量密度。相對其它儲熱方式，這種技術(shù)可以在更小的存儲空間內(nèi)實現(xiàn)相同的儲熱量，從而降低投資成本?！?
SunShot計劃的目標(biāo)是降低光熱儲熱系統(tǒng)建設(shè)的投資成本降至15美元/kWh以下，這將幫助光熱發(fā)電的LCOE在2020年實現(xiàn)6美分/kWh以內(nèi)的宏偉目標(biāo)。
僅僅在最近的三年內(nèi)，光熱發(fā)電的LCOE成本已經(jīng)被削減至13美分/kWh，這使我們在邁向最終的6美分/kWh的終極目標(biāo)的道路上實現(xiàn)了很大的跨越，比三年之前的27美分/kWh的成本已經(jīng)降低了一半。這是目前在無補貼的情況下可以實現(xiàn)的成本數(shù)據(jù)。
在無補貼的情景下進行對比，大規(guī)模光伏發(fā)電的LCOE目前大約為11美分/kWh，而光熱發(fā)電帶儲熱的LCOE已經(jīng)可以達(dá)到13美分/kWh的水平。
金屬氫化物
其中一個受SunShot計劃資助的單位，即西北太平洋國家實驗室（PNNL）獲得了2906415美元資助。其技術(shù)方案是把高溫和低溫的金屬氫化物組合在一起，形成低壓力儲熱。
金屬氫化物在釋放熱量后不會結(jié)晶，這與熔鹽不同，其不需要吸收能量來保持某種流動狀態(tài)。同時其可以實現(xiàn)更長的壽命周期，PNNL期待其可以滿足30年的壽命目標(biāo)。
高級研究科學(xué)家EwaRonnebro解釋了PNNL為何選擇金屬氫化物作為熱化學(xué)儲熱技術(shù)的研發(fā)方向來實現(xiàn)SunShot的目標(biāo)。他說，“金屬氫化物在工作狀態(tài)時擁有比熔鹽高八倍的能量密度，因此在儲存同樣的能量時，我們的系統(tǒng)在體積方面可以縮小至八分之一。”
“我們采用低成本的金屬，輔以一種簡單的緊湊的工程化的系統(tǒng)設(shè)計。我們基于一種高焓值的可逆的化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)這種熱化學(xué)儲熱技術(shù)，可以實現(xiàn)接近100%的儲熱效率。”
他的團隊采用的技術(shù)基于一種雙金屬氫化物床的設(shè)計，這種金屬氫化物吸熱后可達(dá)到的運行溫度高達(dá)675攝氏度，金屬氫化物可以保持在環(huán)境室溫下，在有太陽的白天用于吸收熱量，在需要時釋放熱量以發(fā)電。
這兩種金屬氫化物粉末將被存儲入不銹鋼罐中，兩個罐子相互連接，以實現(xiàn)在環(huán)境溫度下的互相流通。
“金屬氫化物運行在675攝氏度的較高溫度范圍，基于可逆的熱化學(xué)反應(yīng)，這種技術(shù)比熔鹽的500~550攝氏度的運行溫度更高，因此我們可以獲得99%的放能效率”。
早期的成功
SunShot計劃支持那些處于早期研發(fā)階段的項目團隊，他們可以據(jù)此扶持對技術(shù)進行示范，高溫金屬氫化物儲熱技術(shù)可以滿足光熱儲熱技術(shù)的開發(fā)目標(biāo)。
“SunShot的ELEMENTS項目于今年的6月1日啟動，一年之后，我們將可以看到這種金屬氫化物儲熱技術(shù)被應(yīng)用于一個3kWh的示范系統(tǒng)內(nèi)，用于驗證該技術(shù)?！盧onnebro表示。
如果這個實驗取得成功，他們將與高級冶金粉末制造商ADMA、Butler Sun解決方案公司和前Sandia太陽能熱化學(xué)研究人員Diver Solar的Richard Diver合作在下一步建設(shè)一個大型的30kW示范系統(tǒng)。
未來，他們還將合作嘗試建設(shè)更大規(guī)模的，重達(dá)1000kg的低成本的、長壽命周期的金屬氫化物儲熱系統(tǒng)，可實現(xiàn)240kWh的熱量存儲能力，放熱效率達(dá)到99%。
Ronnebro期待她的團隊能夠幫助實現(xiàn)SunShot計劃15美元/kWh的儲熱成本目標(biāo)，以幫助光熱發(fā)電實現(xiàn)6美分/kWh的均化成本。
當(dāng)然，Ronnebro的團隊僅僅是致力于熱化學(xué)創(chuàng)新儲熱技術(shù)研究的其中之一。
我們是十分樂觀的，Pitchumani確信SunShot的目標(biāo)是可以實現(xiàn)的?！拔覀兂掷m(xù)向光熱發(fā)電投入研發(fā)力量，這將確保我們最終實現(xiàn)既定目標(biāo)”。
