CSPPLAZA光熱發電網訊：據外媒消息，澳大利亞聯邦科學與工業研究組織CSIRO近日宣布，作為利用“下落陶瓷顆粒”來捕獲和儲存太陽能研究項目的一部分，其位于新南威爾士州紐卡斯爾的聚光太陽能研究取得了新突破。

具體而言，由Jin-Soo Kim領導的太陽能技術團隊最近采用全新概念，在下落粒子接收器中首次實現了803℃的關鍵里程碑溫度。

Jin-Soo Kim表示，“這一突破意義重大，因為它可與我們的專利換熱器相結合，進而使更大規模的可再生能源儲存成為了可能。這項技術是大規模提供低成本可再生能源以實現澳大利亞重工業脫碳的關鍵。”

可承受超1000℃高溫

據悉，CSIRO太陽能技術團隊上述研究主要圍繞對傳統聚光太陽能熱利用技術(CST)進行創新展開。

傳統CST技術受到所使用的傳熱流體的限制。熔鹽或高溫導熱油等常見流體只能分別承受600℃和400℃的工作溫度。

然而，CSIRO太陽能技術團隊正在研究的陶瓷顆粒可以承受超過1000℃的溫度，是儲存大量熱量的理想選擇。

在上述研究中，細如沙子的陶瓷顆粒不僅可以被用來吸收太陽的熱量，還可以儲存熱量，并能夠持續使用長達15小時，從而簡化系統并降低成本。

實際運行過程中，這些直徑不到半毫米的微小深色陶瓷顆粒從吸熱塔頂的料斗中掉落，并在下落過程中利用重力實現一定升溫，同時被聚光太陽能量加熱。這些粒子的溫度可以快速從500℃飆升到800℃，甚至可通過相關設置達到1000℃。

與傳統依賴管道輸送不同，該系統中的顆粒可以自由下落，這避免了對相關系統鋼材料的熱限制。顆粒加熱后便被儲存在筒倉中，當需要時再被用來生產用于發電或其他工業任務的蒸汽。

當粒子冷卻時會釋放出能量，可在需要時提供電力。即使在沒有陽光的情況下（例如夜間或陰天）也可以使用。

據了解，澳大利亞62%的燃煤發電站預計將在2033年之前關閉。隨著燃煤電站加速關閉，配置陶瓷顆粒的CST技術可以幫助填補這一空白，并為可靠發電提供綠色替代方案。

圖：CSIRO位于紐卡斯爾的聚光集熱系統

CSIRO紐卡斯爾試點系統擁有400面反射鏡，而一個大型商業化項目可能需要上萬面反射鏡，其發電能力可與裝機100MW的燃煤發電站相當。

面臨的挑戰

雖然上述系統工藝流程成功被驗證，但開發過程也面臨著一些挑戰。

比如，粒子落得太快會散開，導致透光并降低效率。就此問題，研究人員目前采用“先抓后放”的方法來應對：即當粒子下落一小段距離后，使其落入一個槽中，從而降低它們在落入下一個槽之前的速度。

研究人員Wes Stein表示：“挑戰不在于從太陽收集多少能量，而是如何安全、高效地將能量轉化為熱量并將其儲存起來，以供日后使用。CST技術的發電過程類似一個不使用煤的燃煤電站，它會使用相同的渦輪機。典型的燃煤電站使用工作溫度在540℃左右的蒸汽渦輪機，而我們的系統不使用煤來生產過熱蒸汽，而是從太陽中獲取能量并將其儲存10-15小時。”

有望助力工業脫碳

據了解，工業過程熱能約占澳大利亞能源使用和排放總量的20%以上。科學家們普遍認為，澳大利亞的凈零轉型必須包括工業脫碳途徑。

鑒于新型下落陶瓷顆粒CST技術可以實現與煤炭和天然氣供能系統相同的高溫下提供可再生熱量并持續數小時，研究人員Dominic Saal認為，新型下落陶瓷顆粒技術將擴大CST技術在澳大利亞工業脫碳過程中的作用。

Dominic Saal同時建議政府發布相關政策來鼓勵行業先行者建立當地供應鏈和專業知識，從而加快能源轉型，進而使澳大利亞工業領域可以用豐富且低成本的太陽能資源來提高其生產力并提升其在國內乃至全球市場的競爭力。

據悉，澳大利亞太陽能熱利用最高研究機構——澳大利亞太陽能熱研究所(ASTRI)目前正在與寵物食品制造商Mars開展聚光太陽能熱利用技術相關研究，后者在Albury Wodonga擁有一家寵物食品加工廠，每年所消耗超過140太焦耳的能量主要由天然氣提供。

目前，Mars正在評估安裝聚光太陽能熱利用技術系統為其寵物食品制造過程提供可再生蒸汽的可能性，而這將有可能取代其高達50%的天然氣使用量。

背景資料：

CSIRO并非唯一研究陶瓷顆粒儲熱與光熱發電技術結合的機構。美國能源部自2015年以來一直在測試加熱下落陶瓷顆粒，并于今年2月在新墨西哥州開建一座兆瓦級的下落顆粒設施，該設施預計將于2024年竣工。

“下一代（聚光太陽能）有可能改變游戲規則，”美國能源部負責能源效率和可再生能源的代理助理部長Alejandro Moreno表示，“該試點設施將展示CSP系統如何應對實現長期儲能的挑戰，同時降低太陽能熱發電技術的成本和復雜性。”

此外，雖然陶瓷顆粒展示出其作為儲熱介質的良好應用前景，但其并不一定是光熱發電系統最有效的存儲介質，目前在該領域全球范圍內的相關研發機構也在探索使用巖石、沙子和其他材料。

而最終誰能夠勝出，或將由哪種材料工作溫度更高、儲存熱量的時間越長來決定，屆時光熱發電系統將有望徹底解決波動性問題，人類社會也將迎來一個完全由清潔能源供電的未來。