文章信息：

JoséI.Linares,María J.Montes,Alexis Cantizano,Consuelo Sánchez.

A novel supercritical CO?recompression Brayton power cycle for power tower concentrating solar plants[J].

Applied Energy,2020,263

全文導讀：

作為一個可調度的可再生能源系統，具有蓄熱功能的塔式太陽能發電廠將在向低碳場景的過渡中發揮關鍵作用。MgCl?/KCl/NaCl三元鹽由于其較低的熔點、較高的熱容、較低的成本和高達800℃的穩定性而成為最有前途的化合物之一。由于所有商業選擇的涂層在空氣中都會降解，與外露式吸熱器相比，腔體吸熱器在較高的工作溫度下能最大限度地減少輻射熱損失，因此本文選擇了腔體吸熱器。

由于超臨界布雷頓循環即使在干冷卻條件下工作，也可達到高于50%的效率，因此本文的動力循環模塊選擇超臨界布雷頓循環。因為印刷電路熱交換器(PCHE)能夠支持高壓，所以常被推薦使用，然而在使用熔融鹽時，其中會出現小通道堵塞的問題。因此，本文提出了一種新型超臨界CO?布雷頓動力循環，其熱量通過低壓側(超過85bar)提供，可使用殼管式換熱器，熔融鹽在殼側流動，能以更低的投資實現更高的緊湊性。且本文研究了在干冷和濕冷兩種情況下，基于中間冷卻和再加熱的再壓縮布局的不同選擇。在濕冷情況下推薦采用再熱方式，其效率可達54.6%，投資8662美元/千瓦；中冷再熱是干冷的最佳選擇，效率可達52.6%，投資8742美元/千瓦。

圖：新型再壓縮循環

結果討論：

本文研究了干冷和濕冷兩種情況，前者在中冷再熱布置的再壓縮循環中效率最高，在300bar的渦輪進口壓力下可達52.6%。不進行再熱(帶或不帶中間冷卻)的選擇已經被拋棄，因為它們的效率達不到50%，而帶中間冷卻的再熱循環在225bar時可以達到50%。在濕冷情況下，再壓縮循環(既沒有中冷也沒有再熱)在250bar時的效率超過51%，如果增加再熱，則可提高到54%以上。

如果一個先進的太陽能發電廠設置50%的循環效率的目標，那么將首先考慮將濕冷情況下的再壓縮循環在這項新技術中進行測試，因為其與傳統超臨界CO?布雷頓循環(使用管殼式換熱器的渦輪進口壓力限制在200bar)相比，降低了0.4個百分點。再熱可以減小熔鹽的溫差，增加其儲量(在潮濕的情況下大約為62%)。對于經濟評估，所分析的布局方式的投資范圍都在8614至8742美元/千瓦。

本文所提出的新型循環利用較高的渦輪進口壓力來增加比功，并以較高的壓力來補償較低的渦輪進口溫度。此外，殼管式換熱器工作壓力的降低可以顯著降低換熱器的投資成本。因此，所提出的循環能夠面對潛在的熔鹽堵塞問題，能夠實現更高的致密性(更好的動態響應)和更低的投資成本，并保持較高的效率。