多國加速開發新能源蓄熱系統
發布者：岡崎徹 | 來源：日經 | 0評論 | 9037查看 | 2015-05-19 11:30:22
為了使光伏發電和風力發電等可再生能源的不穩定輸出穩定化，臨時儲藏能源的蓄能裝置受到了關注。其中之一就是以熱能的形式儲藏能源的蓄熱系統。
在日本，蓄熱主要以冷暖氣用途為中心，而在美國和西班牙，利用大量反光鏡聚集太陽光的蓄熱系統越來越多。在需要用電的時候放熱，利用換熱器生成蒸汽驅動渦輪機發電。美國的蓄熱系統裝機容量僅次于抽水蓄能電站，2015年有翻倍之勢。
志在擴大可再生能源導入的德國也開始加速開發蓄熱系統。德國宇航中心（DLR：Deutschen Zentrums für Luft-und Raumfahrt）正在開發使用熱泵的蓄熱系統。
圖1：德國DLR利用熱泵穩定風力和太陽能輸出的系統（制圖：DLR）
利用熱泵生成的100℃左右的熱，可根據需要以二進制發電轉換成電力。轉換時的熱電轉換效率約為10％。將電力轉換成熱儲存，之后再轉換為電力的熱循環效率為（最初的電力）;（4倍的熱量）;（熱電轉換效率10％）＝40％。這是與500℃以上的蒸汽渦輪發電同等的效率。但因蒸汽渦輪無法利用這樣的低溫，因此可以說這是熱泵的一大優點。雖然與蓄電池的輸入輸出效率70％相比要低，但儲藏熱量的蓄熱材料利用水的話，能以低于蓄電池的成本構筑蓄熱系統。
向多孔介質集熱器聚光
DLR在DLR尤利希研究所內設置了太陽熱發電系統試驗設備，在研究太陽熱發電系統的基礎技術。試驗設備將反光鏡反射的太陽光聚集到塔頂的陶瓷多孔介質集熱器上（圖2）。因光會透過一直到達多孔介質集熱器深處，因此不僅是表面，整個集熱器都能將光能轉換成熱能，具備不容易放熱的優點。
圖2：尤利希太陽熱發電試驗設備（攝影：作者）
試驗設備將空氣用作熱介質，通過多孔介質集熱器邊吸收周邊的空氣，邊將空氣的溫度提高到680℃，儲藏在陶瓷的蓄熱部。然后根據需要將熱導到換熱器中，生成蒸汽使蒸汽渦輪發電。陶瓷的蓄熱部與鋼鐵廠的高爐使用的陶瓷類似，在以往的應用中基本沒出現過劣化。
經熱轉換后的空氣溫度降至200℃左右，再返回塔頂，由集熱器加熱。據稱，對空氣循環，沒有設置會導致成本上升的復雜機構，循環的空氣為50～80％。并在討論空氣循環以外的機構。
除此之外，DLR在科隆的熱力學研究所分所也在擴展。據該研究所的Thomas Bauer介紹，5年前只有十幾名研究員，而現在已經超過50人（圖3）。3年前建成了新的研究設施，一直在研究顯熱、潛熱及化學蓄熱等蓄熱技術。
圖3：科隆的熱力學研究所分所（攝影：作者）
作者系：國際超導產業技術研究中心普及啟發國際部部長。
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