中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：NREL和美國(guó)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟此前發(fā)布了儲(chǔ)熱對(duì)光熱發(fā)電的價(jià)值的相關(guān)研究報(bào)告，以表明儲(chǔ)熱對(duì)光熱電站的意義重大，這一點(diǎn)已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)同，儲(chǔ)熱可以幫助光熱發(fā)電實(shí)現(xiàn)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)電，并降低光熱發(fā)電的LCOE，使光熱發(fā)電有望成為與傳統(tǒng)火電相抗衡的基荷能源。但問(wèn)題是，未來(lái)的光熱電站應(yīng)該配置何種類(lèi)型的儲(chǔ)熱系統(tǒng)呢？答案目前還比較難以確定。
圖：Gemasolar 電站的巨型熔鹽罐
當(dāng)前應(yīng)用較多、較成熟的儲(chǔ)熱技術(shù)當(dāng)推熔鹽儲(chǔ)熱。同時(shí)，多種不同類(lèi)型的儲(chǔ)熱技術(shù)正處于研發(fā)和小型化示范階段，其目標(biāo)均是為了降低成本，提高光熱發(fā)電的運(yùn)行性能。如包括蒸汽儲(chǔ)熱、混凝土儲(chǔ)熱、溫躍層或其他化學(xué)物質(zhì)儲(chǔ)熱等多種技術(shù)路線(xiàn)。美國(guó)能源部先進(jìn)能源研發(fā)署(ARPA-E)通過(guò)“高能先進(jìn)儲(chǔ)熱項(xiàng)目(HEATS)”的實(shí)施專(zhuān)注于儲(chǔ)熱技術(shù)的創(chuàng)新型研發(fā)應(yīng)用，意圖開(kāi)發(fā)出革命性的低成本儲(chǔ)熱技術(shù)。同時(shí)，全球致力于光熱發(fā)電技術(shù)研發(fā)的各大企業(yè)、科研院所，也有不少在專(zhuān)注于儲(chǔ)熱技術(shù)的創(chuàng)新性研發(fā)。
1995年，世界上首個(gè)塔式熔鹽儲(chǔ)熱電站Solar2在Solar One的基礎(chǔ)上改建完成，雖然Solar2在2009年再度改建，但其成功地驗(yàn)證了在塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)中使用熔鹽儲(chǔ)熱以進(jìn)行持續(xù)發(fā)電的技術(shù)可行性。在此基礎(chǔ)上，西班牙20MW的Gemasolar光熱電站成功進(jìn)行了熔鹽傳熱儲(chǔ)熱技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)可持續(xù)發(fā)電。
目前，美國(guó)SolarReserve公司作為塔式熔鹽傳熱儲(chǔ)熱技術(shù)的堅(jiān)定支持者，正在建設(shè)110MW的新月沙丘光熱電站，其將配置11小時(shí)的儲(chǔ)熱系統(tǒng)，有望在理想天氣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)24小時(shí)可持續(xù)供電。與目前已經(jīng)投運(yùn)的Gemasolar光熱電站的技術(shù)路線(xiàn)大致一樣。
西班牙阿本戈公司于2007年建成了世界上第一座商業(yè)化塔式電站——11MW的PS10電站，該電站采用的儲(chǔ)熱裝置為高壓蒸汽，儲(chǔ)存熱量可供電站運(yùn)行一個(gè)小時(shí)。在南非此前開(kāi)標(biāo)的50MW的Khi Solar One塔式電站中，阿本戈負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)，同樣將采用高壓蒸汽儲(chǔ)熱，以實(shí)現(xiàn)3小時(shí)的儲(chǔ)熱量。另外，阿本戈目前正在建設(shè)的美國(guó)280MW的Solana槽式電站和南非100MW的Kaxu Solar One槽式電站均將配置儲(chǔ)熱系統(tǒng)。
美國(guó)BrightSource公司正在建設(shè)的Ivanpah光熱電站則為DSG電站，沒(méi)有配置儲(chǔ)熱系統(tǒng)，但該公司宣稱(chēng)將在未來(lái)開(kāi)發(fā)帶儲(chǔ)熱的塔式電站。BrightSource的儲(chǔ)熱技術(shù)同樣使用熔鹽作為儲(chǔ)熱介質(zhì)。但該公司因堅(jiān)持走DSG路線(xiàn)，則需通過(guò)過(guò)熱蒸汽與熔鹽進(jìn)行二次換熱以達(dá)到儲(chǔ)熱目的。業(yè)內(nèi)對(duì)其走的這種儲(chǔ)熱路線(xiàn)褒貶不一，BrightSource尚需要實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。
其他的儲(chǔ)熱技術(shù)也在開(kāi)發(fā)之中，如澳大利亞3MW的Lake Cargelligo示范項(xiàng)目，采用高純度石墨傳熱儲(chǔ)熱，更具特點(diǎn)的是，其將這種石墨制成的熱量接收器和蒸汽發(fā)生器、儲(chǔ)熱系統(tǒng)融為一體，雖然降低了系統(tǒng)的投資成本，實(shí)際運(yùn)行效果卻并不理想，但其依然是對(duì)塔式儲(chǔ)熱系統(tǒng)的有益驗(yàn)證。
世界上首個(gè)商業(yè)化槽式光熱電站SEGS I光熱電站采用的雙罐儲(chǔ)熱最開(kāi)始以一種礦物油為儲(chǔ)熱介質(zhì)，同時(shí)也為傳熱介質(zhì)。但該儲(chǔ)熱系統(tǒng)在1999年遭火災(zāi)破壞后即未能修復(fù)。此后其將儲(chǔ)熱系統(tǒng)廢棄，換用當(dāng)前常用的導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)。
儲(chǔ)熱技術(shù)的應(yīng)用伴隨著光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而發(fā)展，從歷史的發(fā)展來(lái)看，儲(chǔ)熱系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)歷了諸多坎坷，曾發(fā)生過(guò)熔鹽儲(chǔ)熱罐整體凝固而報(bào)廢的極端事故。每種技術(shù)都有一些缺陷，我們當(dāng)前或許還未能找到一種完美的儲(chǔ)熱解決方案。但可以確定的是，采用儲(chǔ)熱技術(shù)是光熱發(fā)電可以與其他可再生能源抗衡的一大優(yōu)勢(shì)。因此，我們?nèi)孕鑸?jiān)持儲(chǔ)熱技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。
總的來(lái)看，在槽式電站中，應(yīng)用最多的即熔鹽雙罐儲(chǔ)熱。目前對(duì)革新路線(xiàn)獲認(rèn)同較多的是將熔鹽作為傳熱儲(chǔ)熱介質(zhì)應(yīng)用于槽式電站，以提高槽式電站的運(yùn)行溫度，降低系統(tǒng)投資。ENEL在意大利建設(shè)的Archimede電站對(duì)此進(jìn)行了示范。 未來(lái)，應(yīng)有更多此種類(lèi)型的槽式電站得以建設(shè)。
塔式電站的儲(chǔ)熱技術(shù)路線(xiàn)也存在爭(zhēng)議，目前還有待如BrightSource等開(kāi)發(fā)商的儲(chǔ)熱型電站投運(yùn)，我們才可以據(jù)此推算究竟哪種塔式儲(chǔ)熱技術(shù)更具經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用價(jià)值。
菲涅爾電站的儲(chǔ)熱路線(xiàn)更難確定，阿海琺太陽(yáng)能此前已經(jīng)和桑迪亞實(shí)驗(yàn)室合作示范了一個(gè)菲涅爾的儲(chǔ)熱系統(tǒng)回路，采用熔鹽作傳熱和儲(chǔ)熱介質(zhì)。由于菲涅爾電站多采用水工質(zhì)方案，對(duì)其儲(chǔ)熱系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可能會(huì)面臨更多困難。
雖然我們一致認(rèn)同儲(chǔ)熱的價(jià)值，但儲(chǔ)熱的經(jīng)濟(jì)性到底如何，目前還很難得到確切的數(shù)據(jù)。大多數(shù)公司對(duì)此都拒絕公開(kāi)其實(shí)際數(shù)據(jù)，以至于我們無(wú)法測(cè)算儲(chǔ)熱系統(tǒng)在其整個(gè)生命周期內(nèi)的實(shí)際投資成本和其對(duì)光熱電站帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。雖然某些研究報(bào)告中對(duì)此也做過(guò)一些理論上的推算，但其與實(shí)際項(xiàng)目中存在多少偏差還有待驗(yàn)證。
熔鹽儲(chǔ)熱（因傳熱介質(zhì)不同又可分多種類(lèi)型）、高壓蒸汽儲(chǔ)熱、混凝土儲(chǔ)熱、石墨儲(chǔ)熱等等多種類(lèi)型的儲(chǔ)熱方式尚在進(jìn)一步發(fā)展之中。未來(lái)，更多的儲(chǔ)熱技術(shù)在實(shí)際電站中有了實(shí)際應(yīng)用之后，我們才可以拿到更多的對(duì)比數(shù)據(jù)來(lái)考量，究竟哪種儲(chǔ)熱方式更具運(yùn)行效率和成本效益。
