全面提高發(fā)電效率&降低成本？來看看塔式光熱電站如何做到

2018-07-24 14:17:24 北極星太陽能光伏網　點擊量：評論 (0)

作為主流的光熱發(fā)電技術路線之一，塔式光熱發(fā)電近年來備受關注。相比成熟的槽式技術，塔式光熱發(fā)電有著更高的熱效率和聚光比，地形要求較低等優(yōu)勢，但也有著風險高、技術成熟度缺乏驗證，控制系統(tǒng)復雜等不足。

目前國際上常見的塔式技術以熔鹽為傳儲熱介質的熔鹽塔式、和以水工質為傳熱介質的水工質塔式技術為主，而其中熔鹽塔式有著能夠大規(guī)模儲能的優(yōu)勢而備受青睞。

無論如何，對于業(yè)主來說，穩(wěn)定的發(fā)電量和低風險才是他們所追求的。公開資料顯示，美國的Ivanpah電站和CrescentDunes電站都遇到了發(fā)電量不達預期的問題，這也是當前塔式技術的一大困難。

那么，為了降低風險，彌補自身不足，塔式光熱發(fā)電未來的發(fā)展和優(yōu)化方向在哪里呢?

一、光場系統(tǒng)

無論哪種技術的優(yōu)化，其目的都是為了提高發(fā)電量的同時降低發(fā)電成本。

目前來看，光場(定日鏡系統(tǒng)+吸熱器)在光熱發(fā)電中投資占比最高，也是未來成本下降空間最大的一環(huán)。

南非塔式電站成本構成明細，15h儲熱為例（來源：Fichtner，2010）

1、定日鏡的優(yōu)化方向可分為尺寸、形狀、結構、數量、反射材料等

定日鏡大小目前沒有統(tǒng)一定論，從亮源公司15m2的小定日鏡到SENER公司178m2的大定日鏡都可見于塔式電站中;

多以矩形為主，但也有其他形狀，如哈密項目所用的Helios五邊形定日鏡就是該型定日鏡的首次商業(yè)化運用。

結構方面，定日鏡普遍都呈T型，以鋼結構為支撐玻璃基底的平面鏡，近年也有研究新型軌道式定日鏡，這種反射鏡能夠貼地安裝，降低安裝成本;

而反射材料則可以更輕便的高分子聚合物薄膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的重型玻璃基底平面鏡，大大降低了驅動單元的成本，若加入更高反射率薄膜則能夠進一步提高反射率。

不同類型的定日鏡采光面積(來源：ThomasTelsnig，2017)

2、定日鏡布局對于光場也至關重要

定日鏡反射太陽輻射的過程中會有損失，包括余弦損失、陰影和遮擋損失、大氣衰減損失和截斷損失。其中，余弦損失、大氣衰減損失和吸熱器的截斷損失與定日鏡所在的坐標位置有關，陰影和遮擋損失則多見于相鄰定日鏡之間。

定日鏡反射太陽輻射的損失

通常來說，定日鏡整體布局受到吸熱塔高度、定日鏡位置、和吸熱器類型的影響。常見的定日鏡布局有橢圓形、扇形、圓形等。除此之外，還有螺旋布局，放射性布局等。無論哪種布局，最終的目的都是降低用地成本，減少太陽輻射的損失，增加單位面積產能。

以HFLCAL光場優(yōu)化布局軟件為例，定日鏡布局優(yōu)化邏輯為：

3、光場內部無線控制系統(tǒng)優(yōu)化

另外，為了削減繁雜的定日鏡通訊和電力線纜，光場內部無線控制系統(tǒng)的發(fā)展也值得關注。美國亮源在以色列的Ashalim塔式電站就采用了自己的無線通訊控制系統(tǒng)，簡化了大量的線纜布局。而為了節(jié)省定日鏡所耗費的電力，也可利用光伏+蓄電池來解決定日鏡自用電。

二、熱力循環(huán)

從熱力循環(huán)模式的優(yōu)化角度來考慮，未來塔式的優(yōu)化方向可能朝向更高溫度、更高效率的新型技術路線發(fā)展。

根據美國能源部計劃的第三代太陽能熱發(fā)電技術路線，為達到更低的平準化電力成本LCOE(6美分/度電)和更高的熱力循環(huán)效率(50%以上)，最理想化的是采用超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)體系，以取代當前傳統(tǒng)的蒸汽朗肯循環(huán)體系。

對于這種循環(huán)，僅需太陽島提供500~800攝氏度的熱源即可，有三種路線可實現：

1、利用新型熔鹽介質實現720度以上的溫度，但這對管路、吸熱器等設備的材料有極大的挑戰(zhàn)。目前對這方面的熔鹽介質特性研究還不夠全面，需要考慮在如此高溫下對設備管路的腐蝕、耐久度、成本等問題。

2、利用固態(tài)顆粒作為傳熱介質以實現高溫，目前陶瓷顆粒具有低成本、高吸收率、耐久度高等特點，被視為良好的材料。固態(tài)顆粒能夠提供極高的溫度，以滿足超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)體系需要的熱源溫度。這種方式的挑戰(zhàn)在于如何高效地加熱固態(tài)顆粒，防止管道的腐蝕，以及需要考慮泵閥控制和顆粒輸送等問題。

3、利用來氣體作為熱源來實現。這種模式往往采用間接儲熱，利用氣態(tài)傳熱介質加熱相變材料或固態(tài)顆粒進行熱能存儲，同時也需要吸熱器能夠承受高溫氣體的壓力。