CSPPLAZA光熱發電網訊：據外媒報道，為提高塔式光熱電站的整體效率和降低成本，來自弗勞恩霍夫太陽能系統研究所(Fraunhofer ISE)的科學家們近期提出了一種全新的塔式光熱發電技術方案——由新型傳熱介質、空氣墻、新型定日鏡組成的新型聚光集熱系統。

突破傳統熔鹽600℃運行溫度上限

一般來說，光熱發電系統的工作溫度越高，電站工作效率也越高。

目前塔式光熱電站常用的傳熱介質是熔鹽，但使用熔鹽作為傳熱介質的缺點是其只能在600℃以下的溫度使用，如果溫度升高到600℃以上熔鹽就會分解。

為此，Fraunhofer ISE位于弗萊堡的研究人員使用了一種由固體組成的傳熱介質，其工作溫度可以達到1000℃以上。

如上圖，太陽能接收器像轉盤一樣移動的同時把搜集到的熱量傳遞給上述固體傳熱介質——由來自薩爾州Sulzbach的儲能制造商Kraftblock開發的新型陶瓷接收器元件。

這種元件具有耐熱性，并可儲存大量的熱量。此外，它們是用回收材料以環保的方式生產的，成本方面將比熔鹽大幅降低。

據悉，為了充分掌握材料在高太陽輻射條件下的特性，研究人員已對該陶瓷材料進行了大量的測試。Fraunhofer ISE聚光系統&技術負責人Gregor Bern表示：“下一個目標是進一步開發可匹配新型傳熱介質的接收器的材料，使能量在系統內可以傳導得更深。”

空氣墻技術可降低接收器30%輻射熱損失

研究人員的另一個重要創新是針對塔式光熱電站的輻射熱損失問題引入了空氣墻技術。

在高溫以及陽光輻射能比較集中的情況下，吸熱塔效率往往會降低。因為接收器周圍的空氣溫度可達600℃以上，而吸熱器周圍的空氣溫度通常在30-40℃的范圍內。當較冷的空氣經過接收器時會帶走一部分熱量，這部分熱量就是不能用于發電的損失熱能。

為此研究人員想辦法分離不同的空氣層。首先考慮的是使用石英玻璃制成的窗戶來分隔空氣層，但是尺寸方面很難匹配。

隨后，研究人員開始了空氣墻測試——通過在接收器開口處配置強大的噴嘴來形成空氣墻，以使接收器周圍的空氣與環境空氣實現分離。

來自Fraunhofer ISE項目團隊的研究助理Moritz Bitterling對此表示，該技術以前從未在發電廠領域得到過論證。

但弗賴堡的研究人員改變了這一現狀。他們建立了一個具有一定規模的測試站，并為其配備了大約50個溫度傳感器，同時他們使用配置加熱元件的600℃高溫接收器進行了模擬測試。

針對該項目，Fraunhofer ISE工業合作伙伴Luftwandtechnik專門設計了一種可用于高溫應用的空氣墻系統，并將其安裝在了試驗臺上。

通過這項測試，研究人員能夠測量出有無空氣墻兩種不同狀態下的輻射損失以及達到600℃所需的加熱功率。此外，在測試站還能夠測試如何優化設計空氣壁噴嘴的角度和空氣的出口速度等操作參數。

測試結果顯示：通過優化相關操作參數設置之后，接收器因熱輻射而產生的熱損失可以減少30%左右。

采用Stellio五邊形定日鏡

除了上述創新，弗賴堡的研究人員還與SBP Sonne一起對Stellio定日鏡進行進一步測試，希望通過優化塔架設計來降低定日鏡系統的成本。

圖：Stellio巨蜥式定日鏡【注：Stellio定日鏡采用獨特的五邊形設計，其由SBP Sonn（主導），Ingemetal Solar和Masermic Mechatronics三家單位聯合開發，目前已成功應用于中國哈密50MW塔式光熱電站等商業化項目。】

圖：哈密50兆瓦熔鹽塔式光熱電站

Fraunhofer ISE在該聯合項目中將通過3D激光掃描測量定日鏡，并在現場測試定日鏡的快速測量程序。到目前為止，弗賴堡的研究人員已經在實驗室中對鏡面進行了偏轉測量，以分析它們在特定載荷下是如何變形的。

按照研究人員的設想，未來固態熱載體、太陽能輻射接收器和存儲材料以及優化的Stellio定日鏡將被組合成一個整體并可以集成在光熱發電系統中，以便降低建造此類發電站的成本。如此設計之后，系統可有效避免傳統管狀接收器典型的傳熱損失和傳熱介質流動的限制，即使在太陽輻射出現波動的情況下也能保持較高溫度，從而降低發電成本。

此外，為了模擬整個系統，Fraunhofer ISE研究人員還研究了哪種發電廠工藝最適合耦合單個新開發的部件，以及如何將熱量從固體傳熱介質傳遞到汽輪機發電系統等基礎工藝。

附英文原文鏈接：https://helioscsp.com/fraunhofer-ise-develops-new-concept-for-concentrated-solar-power-tower-power-plants/