光熱發(fā)電粒子吸熱器解析

太陽(yáng)的光線出現(xiàn)在生活中的每一個(gè)地方，人們的生活已經(jīng)離不開太陽(yáng)，太陽(yáng)能不僅為植物生長(zhǎng)提供光源，而且也能為人類提供能源，現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽(yáng)能，目前，沙特國(guó)王大學(xué)(KSU)Al-Ansary團(tuán)隊(duì)正聯(lián)合美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(SandiaNationalLaboratories)在該國(guó)利雅得附近開展塔式光熱發(fā)電粒子吸熱器(PHR)的技術(shù)研究工作。

據(jù)了解，上述研究屬于新型太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)，其工作溫度可達(dá)到1000°C左右，幾乎是目前熔鹽塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)工作溫度(565°C)的兩倍，有望在提高系統(tǒng)工作效率的同時(shí)降低光熱發(fā)電成本。

冷熱罐均可安裝在集熱塔內(nèi)部

太陽(yáng)能發(fā)電

與塔式熔鹽光熱電站中的儲(chǔ)罐布置方式不同，采用粒子吸熱器的光熱電站的熱罐和冷罐可以與換熱器一起安裝在集熱塔的內(nèi)部，這樣可以減少泵的使用，從而降低相關(guān)成本。

在一座采用粒子吸熱器的裝機(jī)20MW的塔式光熱電站中，集熱塔高150米，直徑約30米，儲(chǔ)罐可垂直安裝于集熱塔內(nèi)部，冷罐的位置大約在集熱塔中部，在此情況下，只需將吸熱顆粒從塔身中間泵到頂部對(duì)其進(jìn)行加熱。

同時(shí)，桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究小組展開了一項(xiàng)創(chuàng)新測(cè)試，他們通過(guò)設(shè)置一種人字形障礙物，減緩了沙粒的下降速率。如果沒(méi)有障礙物的話，即使只有1米高的落差，沙子的下降速度也會(huì)增至5m/S或6m/S。

在集熱過(guò)程中，受阻的粒子流在吸熱器的各個(gè)集熱面都會(huì)維持密集的“粒子簾”狀態(tài)，并吸收太陽(yáng)輻射。

Al-Ansary團(tuán)隊(duì)的研究人員發(fā)現(xiàn)，由于人字形障礙物的設(shè)置，在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下，粒子溫度達(dá)到了約1000°C，而且沒(méi)有出現(xiàn)沙粒結(jié)塊現(xiàn)象，甚至在小試裝置中也達(dá)到了700°C以上的溫度。

沙子或?yàn)樽罴蚜Ｗ舆x擇

配置儲(chǔ)熱系統(tǒng)的塔式光熱電站順應(yīng)未來(lái)低碳發(fā)展的需要，并能實(shí)現(xiàn)24小時(shí)發(fā)電。粒子吸熱器技術(shù)有可能降低塔式光熱發(fā)電的成本，因?yàn)樗梢詫F(xiàn)有565°C的熔鹽工質(zhì)運(yùn)行溫度提高近一倍。

高溫意味著高效。粒子吸熱器能夠與高效率的超臨界二氧化碳和吸氣式布雷頓動(dòng)力循環(huán)相匹配，使太陽(yáng)能在高溫?zé)峄瘜W(xué)過(guò)程中取代化石燃料，比如滿足在800°C的溫度下分解水以提取氫氣或在1300℃下的噴氣燃料中制造碳中性太陽(yáng)能燃料。

目前，研究人員已經(jīng)研究了多種類型的粒子，而在此過(guò)程中，沙子的低成本優(yōu)勢(shì)得以顯現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)輸出功率為5MW時(shí)，這種粒子吸熱器將需要2000噸沙子進(jìn)行循環(huán)工作。

Al-Ansary團(tuán)隊(duì)指出，我們對(duì)沙子工質(zhì)十分感興趣，因?yàn)闊o(wú)論用量多大，你都無(wú)需考慮其成本問(wèn)題;一定程度上來(lái)說(shuō)，一些材料，特別是工程粒子可能在初始投資中占據(jù)相當(dāng)?shù)谋戎?當(dāng)你需要數(shù)千噸工程粒子時(shí)，你可能需要投入較高的資金。如果某一天人們能高效利用太陽(yáng)能，相信能解決很大的能源問(wèn)題，畢竟太陽(yáng)能是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的，能保證人類的永續(xù)發(fā)展，需要我們科研人員更加努力。