這5個(gè)研發(fā)方向的重大打破有望使光熱行業(yè)真實(shí)爆發(fā)？

【中玻網(wǎng)】位于美國莫哈韋沙漠、裝機(jī)110MW的新月沙丘熔鹽塔式光熱電站可以說是大部分國家范圍內(nèi)將創(chuàng)新型光熱發(fā)電技術(shù)推向商業(yè)化的一個(gè)典型案例，該項(xiàng)目是世界上靠前家使用先進(jìn)的熔鹽塔式光熱發(fā)電技術(shù)的公用事業(yè)規(guī)模級(jí)光熱發(fā)電項(xiàng)目。

　　為了推進(jìn)熔鹽作為傳儲(chǔ)熱介質(zhì)的創(chuàng)新型光熱發(fā)電技術(shù)的研究和商業(yè)化，早在20世紀(jì)90年代，美國能源部（DOE）就開始推動(dòng)開發(fā)新月沙丘電站，而且在美國致力于推進(jìn)太陽能技術(shù)創(chuàng)新而實(shí)施的Sun Shot計(jì)劃的支持下，該項(xiàng)目還獲得了美國能源部7.37億美元的貸款擔(dān)保。

　　近年來，除了熔鹽塔式光熱發(fā)電技術(shù)，Sun Shot計(jì)劃一直還在持續(xù)推動(dòng)光熱行業(yè)發(fā)展，目前獲其支持的下列五種創(chuàng)新型光熱發(fā)電技術(shù)未來有望顯著提高光熱發(fā)電效率。

　　一、超臨界熱力循環(huán)

　　較新研究發(fā)現(xiàn)，采用超臨界二氧化碳布雷頓動(dòng)力循環(huán)技術(shù)可以有效提高光熱發(fā)電效率。使用密度更大的CO2來取代傳統(tǒng)蒸汽，可減少驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電所需的能量并顯著提高熱-電能轉(zhuǎn)換速度，從而提高光熱電站的發(fā)電效率。

　　目前Sun Shot正在進(jìn)行幾個(gè)項(xiàng)目，以改良動(dòng)力循環(huán)，提高發(fā)電效率。美國西南研究院（SwRI）正在與通用電氣公司合作兩個(gè)項(xiàng)目，用以對(duì)新的渦輪機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行測試。兩個(gè)項(xiàng)目分別開發(fā)了超臨界二氧化碳循環(huán)式膨脹機(jī)和適合超臨界二氧化碳技術(shù)的可將二氧化碳介質(zhì)加壓并增溫的壓縮機(jī)。此外，SwRI也在與韓華泰科（Han wha Techwin）合作，致力于降低制造成本并提高壓縮機(jī)-膨脹機(jī)設(shè)計(jì)的效率，使光熱發(fā)電技術(shù)更具商業(yè)可行性。

　　二、耐高溫混合熔鹽儲(chǔ)熱介質(zhì)

　　目前大部分國家很多光熱電站均選擇熔鹽作為吸熱儲(chǔ)熱介質(zhì)，而所選的熔鹽耐高溫性越強(qiáng)，可儲(chǔ)存的熱量越多，發(fā)電成本也會(huì)越低。然而，當(dāng)熔鹽達(dá)到一定高溫時(shí)，就會(huì)具有腐蝕性并損壞光熱電站的設(shè)備。

　　亞利桑那大學(xué)的研究人員正在努力開發(fā)一種混合熔鹽產(chǎn)品，可使其能在800°C以上的高溫工況下運(yùn)行且對(duì)儲(chǔ)罐的腐蝕程度非常低。此外，薩凡納河國家實(shí)驗(yàn)室也通過加入鎂和鋯成功摸索出了可靠的減緩腐蝕措施，從而可延長光熱電站運(yùn)行壽命。這些研究都將進(jìn)一步鞏固與擴(kuò)大熔鹽作為傳儲(chǔ)熱介質(zhì)的應(yīng)用。

　　三、新型儲(chǔ)熱介質(zhì)-特色粒子

　　來自美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在嘗試將一種被稱為支撐劑的特色粒子放置在吸熱器內(nèi)取代熔鹽來作為新的傳儲(chǔ)熱介質(zhì)。

　　該支撐劑是一種類似于沙子的材料，由氧化鐵和二氧化硅制成，儲(chǔ)熱溫度或可高達(dá)1，200℃。目前為止，研究人員已經(jīng)成功將其加熱至840°C高溫，而隨著研究的進(jìn)行，其儲(chǔ)熱溫度將有望繼續(xù)創(chuàng)新高。該發(fā)明曾獲得了2016年度的“R&D100”創(chuàng)新獎(jiǎng)�！�"R&D100”獎(jiǎng)項(xiàng)由美國有名科技雜志《R&D》于1963年創(chuàng)立，在科技界享有“創(chuàng)新奧斯卡獎(jiǎng)”的美譽(yù)，同時(shí)也是全部科技研發(fā)領(lǐng)域較為推崇的科技研發(fā)獎(jiǎng)項(xiàng)，該獎(jiǎng)項(xiàng)是由單獨(dú)評(píng)審小組和R&D雜志的編輯共同甄選�！�

　　下面的視頻介紹了下落粒子接收器如何測試支撐劑，以及降低太陽能成本的潛力。該粒子接收器目前正在測試中心（National Solar Thermal Test Facility）的太陽能塔頂部進(jìn)行測試，定日鏡反射的光線會(huì)直接照射在粒子接收器上。

　　四、創(chuàng)新型表面涂層

　　接收器的太陽光選擇性涂層可控制反射鏡吸收特定波長的太陽光。而相關(guān)研究正在開發(fā)新的涂料以降低太陽光吸收裝置的“發(fā)射率”，從而大大提升系統(tǒng)發(fā)電效率。另外一些創(chuàng)新型耐高溫涂層則可以使吸熱器在高溫下穩(wěn)定運(yùn)行以產(chǎn)生更多電力，從而顯著提高發(fā)電效率。

　　達(dá)特茅斯學(xué)院現(xiàn)正在開發(fā)具有長期舒緩反應(yīng)保護(hù)功能的陶瓷涂層，該涂層可減少對(duì)吸熱器的損壞威脅，并實(shí)現(xiàn)高于90％的熱轉(zhuǎn)換效率。阿貢國家實(shí)驗(yàn)室也在開發(fā)能承受800°C工作溫度的涂層，該涂層可同時(shí)保持對(duì)可見光的高吸收率和紅外光的低發(fā)射率。為避免部分涂層功效隨著時(shí)間推移而減弱，該實(shí)驗(yàn)室正在嘗試不同的涂層以確保其更好的功效。

　　五、創(chuàng)新型反射鏡清洗技術(shù)

　　美國開發(fā)的光熱電站多分布于在太陽光充足的西南部沙漠地區(qū)，但這些地區(qū)布滿灰塵，因此光熱電站的反射鏡需要經(jīng)常清洗。為減少清洗次數(shù)并節(jié)約用水，一些新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

　　目前波士頓大學(xué)正在研究一種通過電壓脈沖激活的透明電動(dòng)屏幕技術(shù)將灰塵顆粒固定的反射鏡表面，然后通過運(yùn)動(dòng)電波去除它們。而橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室則開發(fā)了一種特殊的反射鏡噴涂涂層以及自動(dòng)化噴霧過程，可以減少反射鏡表面一半左右的灰塵積累，從而有效減少反射鏡清洗次數(shù)。