中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：當(dāng)前，天然氣發(fā)電和光伏發(fā)電的成本都在逐步下降，各種可再生能源之間的競(jìng)爭(zhēng)也變得日益激烈。對(duì)于光熱電站開(kāi)發(fā)商而言，要想在競(jìng)爭(zhēng)中搶得先機(jī)，就必須努力降低成本。而儲(chǔ)能技術(shù)（TES）作為光熱發(fā)電的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，則正是取得成本優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵因素。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前，在全球17個(gè)在建的公用事業(yè)光熱電站項(xiàng)目中，有15個(gè)配備了儲(chǔ)能系統(tǒng)。
在每個(gè)電站中，由于儲(chǔ)能系統(tǒng)選用的技術(shù)類(lèi)型和匹配容量的不同，其在光熱電站總成本中所占比例約為10%~20%。據(jù)國(guó)際可再生能源署IRENA發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，隨著儲(chǔ)能溫度的逐步提高，儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化，到2025年，拋物線槽式電站的儲(chǔ)能成本可降低38%，約26美元/kWhth；而塔式電站的儲(chǔ)熱成本則可降低17%，達(dá)到22美元/kWhth。美國(guó)能源部SunShot Initiative計(jì)劃的既定目標(biāo)是到2020年將儲(chǔ)能成本降至15美元/kWhth，有研究人員認(rèn)為，以目前的進(jìn)度可以預(yù)測(cè)，儲(chǔ)能部分的成本下降速度將會(huì)超出計(jì)劃預(yù)期。
近日，歐洲研究人員最新研發(fā)出一種以新型熔融硅為主要材料的儲(chǔ)能系統(tǒng)。以固態(tài)形式儲(chǔ)熱換熱，有望在2019年將光熱電站的運(yùn)行溫度提升到2000℃，從而降低光熱塔的安裝和維護(hù)成本。
新型硅儲(chǔ)能系統(tǒng)最大優(yōu)勢(shì)——低成本
有業(yè)內(nèi)專家指出，從熱力學(xué)角度出發(fā)，熔鹽的穩(wěn)定性受溫度影響加大。在理想狀態(tài)下，其兩種主要成分硝酸鈉和硝酸鉀能夠在600℃下保持穩(wěn)定。但在實(shí)際應(yīng)用中，硝酸鹽在高溫環(huán)境下對(duì)一般的碳鋼具有很強(qiáng)的腐蝕性，且在427℃時(shí)會(huì)發(fā)生緩慢分解。因此，碳鋼熔鹽儲(chǔ)罐決定了熔鹽塔式光熱電站的儲(chǔ)能系統(tǒng)溫度通常無(wú)法超過(guò)600℃。為了提高電站的運(yùn)行效率，一些研究人員在積極尋找其他儲(chǔ)存介質(zhì)。
馬德里理工大學(xué)（UPM）太陽(yáng)能研究所就在前不久公布，其領(lǐng)導(dǎo)的“Amadeus”項(xiàng)目的最新研究成果表明，利用硅材料的新型儲(chǔ)熱技術(shù)的儲(chǔ)能密度能達(dá)到熔鹽儲(chǔ)能的10倍。
研究員Alejandro Datas介紹道，溫度一旦達(dá)到一定高的水平，部分熱量會(huì)在熱傳導(dǎo)過(guò)程中，經(jīng)傳導(dǎo)或?qū)α鞫晦D(zhuǎn)化為輻射損失掉。所以我們要盡可能淘汰流體的導(dǎo)熱形式，轉(zhuǎn)向使用更簡(jiǎn)單，效益更好的儲(chǔ)熱介質(zhì)。
UPM研究人員認(rèn)為他們的硅材料儲(chǔ)熱技術(shù)可以降低整個(gè)電站的投資成本。因?yàn)檫@種技術(shù)更輕巧，用料更少，所需的安裝人力也更少。其中，硅和硅基合金材料的成本十分可觀，有望低于5歐元/kWhth(5.9美元/kWhth)，而熱電轉(zhuǎn)換（TPV）裝置的成本預(yù)計(jì)還不到1歐元/Watt。并且，當(dāng)塔式電站中沒(méi)有流動(dòng)性的傳儲(chǔ)熱介質(zhì)后，后期的運(yùn)維成本也會(huì)降低。
儲(chǔ)能容量：50公升硅=500公升熔鹽
據(jù)悉，“Amadeus”研究項(xiàng)目由8家研究機(jī)構(gòu)合作推進(jìn)，預(yù)算是330萬(wàn)歐元。該項(xiàng)目為期三年，到2019年結(jié)束。
由于槽式光熱系統(tǒng)的集熱溫度相對(duì)有限，因此，該項(xiàng)目的主要研究對(duì)象集中在塔式和碟式光熱電站上。
該研發(fā)團(tuán)隊(duì)把硅和硅硼合金鎖定為主要的儲(chǔ)能材料。硅是地殼中第二豐富的元素，成本每千克不到2美元，并且硅潛熱值（指物質(zhì)在等溫等壓情況下，從一個(gè)相變化到另一個(gè)相吸收或放出的熱量）可達(dá)1,230kWh/m3，而硅硼合金則高達(dá)2,680kWh/m3。在目前所有的儲(chǔ)能方式中，這兩種材料的能量密度最高，只有液體氫和汽油等其他燃料才可以超越它們。
但對(duì)于研究人員而言，這一研發(fā)過(guò)程同樣具有挑戰(zhàn)。純硅的特性之一是在熔化時(shí)體積縮小，反過(guò)來(lái)，從液態(tài)凝固時(shí)體積膨脹。因此，研究人員需要研發(fā)出限制體積膨脹的相變材料，增加潛熱值，降低熔點(diǎn)。
Datas表示，50公升的硅儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量堪比500公升的熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)。
新型硅儲(chǔ)能系統(tǒng)或2019年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化
新型硅基儲(chǔ)熱系統(tǒng)的第一個(gè)樣機(jī)就用在了UPM太陽(yáng)能研究所的光熱設(shè)備上，該設(shè)備預(yù)計(jì)在2019年完工。
Datas說(shuō)：“我們首先會(huì)用幾公升的相變材料建一個(gè)小型的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模樣機(jī)，儲(chǔ)能容量約為10kWhth，這個(gè)樣機(jī)將作為一個(gè)小型測(cè)試單元，用于測(cè)試Amadeus項(xiàng)目正在開(kāi)發(fā)的不同材料和設(shè)備，”他補(bǔ)充道，“當(dāng)整個(gè)研究項(xiàng)目結(jié)束后，我們的最終研究成果會(huì)形成一系列分析報(bào)告?！?
同時(shí)，UPM中一組研究人員還組建了一家致力于科技商業(yè)化的衍生公司Silstore，計(jì)劃建造一個(gè)更大的樣機(jī)，專注于產(chǎn)品的最終應(yīng)用。
Datas表示，我們近來(lái)正在尋找商業(yè)伙伴，當(dāng)一定的資金支持到位后，我們將可能在2019年前建成第一個(gè)商業(yè)化儲(chǔ)能樣機(jī)，并使之在2020年實(shí)現(xiàn)首次正式運(yùn)行。
