CSPPLAZA光熱發電網訊：按照計劃，由歐盟“Horizon 2020”研究及創新計劃支持的“Next-CSP”（下一代太陽能熱發電）項目即將于2020年9月31日結題。該項目共為期48個月，旨在開發出基于高溫顆粒作為傳熱流體和儲熱介質的新技術，從而提高聚光太陽能熱發電系統的性能和可靠性。

來自法國國家科學研究中心（CNRS）的項目協調員Gilles Flamant表示，我們目前已經成功證明固體顆粒可以替代液體介質用于光熱發電系統來進行太陽熱能的收集和儲存，并且具有更好的成本效益。相關條件具備之后，我們預計采用固體流態化顆粒作為傳儲熱介質的光熱發電系統的理論發電效率將比目前最先進的熔鹽塔式光熱電站高出約20%，同時該設計還可以將發電成本降低約25%，并顯著降低存儲介質的成本。

目前最先進的集中太陽能熱發電站一般使用中央接收器，在傳熱和存儲介質方面有多種選擇，但每一種介質都有特定的限制條件和應用特點。拿目前常被用于傳儲熱介質的熔鹽來說，它的化學穩定性使其工作上限溫度一般在565℃左右，進而也將系統的熱電轉換效率限制在42%左右。

而NEXT-CSP項目的核心就是要采用創新型的流態化的耐火顆粒來作為傳儲熱介質，以將系統工作溫度提升到750℃甚至更高，進而顯著提升光熱發電系統的效率。

據了解，NEXT-CSP項目最終選擇用橄欖石——一種天然的鎂硅酸鹽（地球上最常見的礦物之一）來制造傳熱固體顆粒。雖然原料獲取并不難，但要充分利用好這種顆粒需要在技術方面進行一些重大創新，比如要開發出匹配的太陽能吸熱器技術以及由多達1300多根鋼管組成的新型高溫換熱器（壓縮空氣將在管子內流動以實現換熱），此外還要實現更加先進的聯合循環。在此基礎上，NEXT-CSP技術再將太陽能吸熱器、蓄熱罐、熱交換器、燃氣輪機和冷料罐集成在塔式聚光發電系統中。

圖：試驗系統

據Gilles Flamant介紹，冷料罐中的低溫固體顆粒在吸熱塔頂的多管吸熱器中被反射的太陽光加熱之后進入蓄熱罐并將熱量儲存起來，等需要熱量的時候，在高溫換熱器中固體顆粒可以將熱量傳遞給壓縮空氣，高溫壓縮空氣進而可以為渦輪機提供動力。為了克服塔頂空間有限和重量限制等相關挑戰，所有組件均在法國Thémis 5MW塔式試驗平臺上進行了安裝和驗證。

圖：法國Thémis塔式試驗平臺

對于未來裝機規模或可達到150MW的商業化規模的項目，科學家們則提出了多塔的概念，旨在將光熱發電系統的整體循環效率從42%提升至48.8%。系統可以作為一個太陽能調峰電廠來運行，將白天收集的熱量儲存起來，再在用電成本最高的高峰時段輸出電能。

整體研究結果表明，采用固體流態化顆粒取代現階段常用的熔鹽作為光熱發電系統的傳儲熱介質具備較好的市場應用潛力。目前NEXT-CSP創新技術已獲得全球專利，商業化應用有望在十年內開始，屆時將可為消費者提供清潔安全的太陽能和比蓄電池更加綠色的儲熱技術，并有效提升光熱發電行業的競爭優勢。