在《可再生和可持續(xù)能源評論》(Renewable and Sustainable Energy Reviews)上發(fā)表的一項(xiàng)研究中,利用光伏和熔鹽儲存提供大規(guī)模電力需求,研究人員提出了一個模型,在太陽直射光束輻射低、全球太陽輻射水平高的地區(qū),將公用設(shè)施規(guī)模的太陽能發(fā)電與高溫熔鹽儲存相結(jié)合。
在PV-TS裝置中,所產(chǎn)生的太陽能的相當(dāng)一部分將被用來對熔鹽儲熱器進(jìn)行電阻加熱,使其溫度超過565攝氏度,而儲存的熱能又將被用來驅(qū)動高效的過熱汽輪機(jī)發(fā)電。
以色列-法國小組進(jìn)行的模擬顯示,在某些地區(qū),光伏發(fā)電的電網(wǎng)穿透率可以從不使用蓄熱時的30%左右提高到僅使用12小時蓄熱時的80%左右。該組織進(jìn)一步解釋說:“此外,只要增加25%的太陽能投入,就可以實(shí)現(xiàn)90%的電網(wǎng)普及率。對于日照較高的地區(qū),比例可以保持在90%左右,額外25%的太陽能輸入可以將電網(wǎng)穿透率提高到95%左右。”
在此類項(xiàng)目中,光伏發(fā)電廠的規(guī)模不應(yīng)定為需要滿足特定白天高峰需求的公共設(shè)施,大部分發(fā)電應(yīng)用于熔鹽罐中的蓄熱。研究人員指出:“儲存的熱量不僅能滿足夜間的電力需求,而且能滿足白天次高峰日照時段的電力需求。”研究人員還補(bǔ)充說,平均約0.64km2的土地面積對于一個太瓦時的年發(fā)電量是必要的。
根據(jù)他們的說法,研究中提出的“非常規(guī)”解決方案也可能與屋頂光伏陣列和已經(jīng)在一些國家退役的化石燃料和核電站中運(yùn)行的大型汽輪機(jī)相結(jié)合。
研究結(jié)果僅涉及美國領(lǐng)土,但可以擴(kuò)展到氣候條件和公用事業(yè)需求概況相似的所有地區(qū)。論文指出:“對于平均日照比美國高的地區(qū)——其中一些地區(qū)的電力需求狀況恰好與太陽能利用率有更好的關(guān)聯(lián)——每千瓦時用電量的光伏和存儲需求將更低。此外,向全電動汽車的過渡可能會增加白天電力需求的比例,因?yàn)榘滋齑蟛糠值碾妱悠嚩紩M(jìn)行充電。”
俄羅斯、前蘇維埃共和國、日本、北亞和中北歐與美國一起被指出是最適合部署PV-TS項(xiàng)目的地區(qū)。
該研究團(tuán)隊(duì)由以色列本古里安內(nèi)蓋夫大學(xué)、法國艾克斯馬賽大學(xué)和法國國家太陽能聚光系統(tǒng)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室Promes的科學(xué)家組成。
什么是熔鹽儲能技術(shù)?
盡管太陽能技術(shù)得到了廣泛使用,但它們卻受到大多數(shù)可再生技術(shù)的限制:由于天氣變化,其運(yùn)行狀況無法預(yù)測。但是,利用熔融鹽的高效特性進(jìn)行熱傳遞,一種技術(shù)可以將電力生產(chǎn)與天氣波動隔離開來,更重要的是,它可以根據(jù)需要分配電力而無需使用天然氣。這項(xiàng)技術(shù)是一種集中式太陽能(CSP)技術(shù),圍繞專有的中央接收塔和熔融鹽回路而構(gòu)建。
熔鹽儲能使用鹽作為熱能存儲介質(zhì)。液態(tài)鹽被泵送通過面板或電加熱器,在將其加熱到儲熱罐或蒸汽發(fā)生器之前,先將其加熱到570°C。在這里,它產(chǎn)生過熱的蒸汽來驅(qū)動渦輪。液態(tài)鹽保存在絕緣的儲罐中,可以在其中調(diào)節(jié)體積,以提供每種應(yīng)用和位置所需的存儲容量。它是存儲可再生能源的可靠選擇,并且是對現(xiàn)有基礎(chǔ)架構(gòu)和系統(tǒng)的靈活,經(jīng)濟(jì)高效的補(bǔ)充。
蓄熱被認(rèn)為是可再生能源的未來,因?yàn)榕c許多間歇性可再生資源(例如風(fēng)能)不同,蓄熱提供了具有穩(wěn)定容量和可調(diào)度性的“零排放”技術(shù)。蓄熱系統(tǒng)提供了一個額外的好處:允許對工廠進(jìn)行設(shè)計(jì)以優(yōu)化電力負(fù)荷曲線,以滿足特定的市場需求。例如,可以設(shè)計(jì)一個工廠以在需求高峰期最大化發(fā)電量,或者在太陽下山后繼續(xù)發(fā)電。
技術(shù)說明
蓄熱技術(shù)采用太陽能“電力塔”設(shè)計(jì),該技術(shù)通過將能量集中在安裝在塔上的中央熱交換器或接收器上,從日光中發(fā)電。
該鹽是硝酸鈉和硝酸鉀的混合物,熔點(diǎn)為460°F。在液態(tài)下,熔融鹽的粘度和外觀類似于水。“在太陽能應(yīng)用中,出于多種實(shí)際原因使用熔融鹽,”SolarReserve首席執(zhí)行官Terry Murphy說,他與其他人一起幫助Rocketdyne開發(fā)了熔融鹽技術(shù)。熔融鹽是一種儲熱介質(zhì),可以隨著時間的推移非常有效地保留熱能,并且可以在高于1000°F的溫度下運(yùn)行,與最高效的蒸汽輪機(jī)非常匹配。其次,它在工廠的整個運(yùn)行過程中保持液態(tài),這將改善長期可靠性并降低運(yùn)維成本。第三,它是完全“綠色”的熔融鹽,是一種無毒,易于獲得的材料,
熔融鹽中央接收器技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以將熔融鹽加熱到1050°F,從而可以在公用事業(yè)標(biāo)準(zhǔn)溫度(最低1650 psi,1025°F)下生成高能蒸汽,從而實(shí)現(xiàn)高熱力循環(huán)效率在現(xiàn)代蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)中約占40%。在保持這種高循環(huán)效率的同時,還允許使用干式冷卻塔,這在具有最佳太陽能潛力的干旱國家中很重要。通過接收器的熔融鹽傳熱回路與主蒸汽溫度和壓力隔離,從而通過使用低壓鹽管道節(jié)省了成本。最后,該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是將熔融鹽回路的長度最小化到小于2500英尺,并對其進(jìn)行熱跟蹤以防止“凍結(jié)”。
已經(jīng)確定了使用熔融鹽的蓄熱系統(tǒng)可與其他太陽能技術(shù)一起使用,例如拋物線槽系統(tǒng),這是迄今為止安裝的主要太陽能熱技術(shù)。槽式工廠將需要一個附加的熱交換器,以將能量從工作流體傳遞到存儲裝置,并將存儲的能量傳遞回蒸汽系統(tǒng)。據(jù)估計(jì),槽式設(shè)備所需的附加熱交換器導(dǎo)致循環(huán)效率損失高達(dá)7%。另外,槽式設(shè)備只能達(dá)到700°F的高溫工作流體溫度,因此,作為集成式蓄熱系統(tǒng)(蓄能溫度為1050°F),需要大約3倍的蓄熱量才能產(chǎn)生給定的電量。
原標(biāo)題:光伏與熔鹽儲能相結(jié)合可解決高能耗地區(qū)能源需求問題