引領全球變革趨勢，新一代光熱發電技術試驗平臺應運而生
5月29日，在位于浙江省湖州市吳興區的浙江高晟光熱發電技術研究院有限公司（簡稱“高晟研究院”）新技術實驗室，新一代光熱發電技術試驗平臺經過調試投入使用。
圖：固體顆粒吸儲熱全流程驗證平臺
隨著兼具調峰電源和儲能雙重功能的優勢逐漸受到關注，在政策加持下，光熱發電正迎來新的發展機遇。作為新一代光熱發電吸儲熱技術的顆粒吸儲熱技術，是光熱發電未來發展的重要方向，而新一代光熱發電技術試驗平臺將在試驗測試與優化中，助推該技術的快速發展。
推進新一代光熱發電核心技術發展
在碳達峰、碳中和目標及能源安全戰略的引領下，我國正在加快構建以新能源為主體的新型電力系統，但由于風電、光伏等新能源與生俱來的隨機性、波動性和不可控等缺陷，電力系統面臨安全、穩定和調節能力等方面的挑戰。為此，光熱發電因自帶大規模且高效的儲能系統，出力穩定可調，調節響應速度快，成為一種理想的調峰電源，在能源轉型中具有廣泛的應用前景。
目前，光熱發電采用的主流吸儲熱介質為二元熔鹽，二元熔鹽吸儲熱系統投資成本較高，且吸儲熱溫度被限制在565℃，導致后端配套的朗肯循環發電效率小于45%，因此基于熔鹽儲能的光熱發電度電成本仍舊偏高。高晟研究院院長金建祥表示，“為進一步提高塔式光熱發電效率，降低光熱電站的度電成本，急需開發一種更高溫度且廉價的吸、儲熱技術。”
據項目負責人介紹，固體顆粒吸熱溫度高（可達1000℃），無腐蝕性，吸儲換熱設備無需采用高性能合金材料，價格低廉，是第三代光熱發電吸儲熱技術的主要發展方向之一。不過，顆粒吸儲熱技術尚處于試驗研究階段，關鍵設備與關鍵技術在工程應用上的可行性有待驗證，需要通過開展立項研究篩選關鍵設備最優技術路線，開發關鍵設備測試樣機并進行試驗優化，提高關鍵設備性能參數，研究關鍵參數和關鍵工藝，掌握基于顆粒吸儲熱技術的第三代塔式光熱發電的核心技術。由此，新一代光熱發電技術試驗平臺應運而生。
圖：陶瓷顆粒
通過搭建超高溫顆粒吸儲熱試驗驗證平臺，新一代光熱發電技術試驗平臺將完成顆粒吸熱器、換熱器、提升機及閥門等關鍵設備的試驗測試與優化，掌握新一代光熱發電顆粒吸、儲熱系統的關鍵工藝，實現吸熱、儲換熱溫度目標為700-800℃及大規模超高溫系統工程化工藝。同時，該平臺還結合超臨界二氧化碳發電系統，以光熱發電系統效率提升30%、成本降低10%為目標，推進我國第三代光熱發電核心技術發展。
“顆粒吸儲熱技術可降低光熱電站投資成本，并提高吸儲熱溫度，因此有望成為第三代光熱發電主流技術。”高晟研究院相關負責人指出，通過新一代光熱發電技術試驗平臺的研究，可以篩選出具有商業化應用潛力的顆粒關鍵設備和關鍵技術，打通并驗證顆粒吸儲熱系統關鍵設備、關鍵參數與關鍵工藝，掌握基于顆粒吸儲熱技術的第三代塔式光熱發電核心技術。
角逐新一輪全球技術“競跑”
作為光伏發電未來發展的方向，目前，顆粒吸儲熱技術在全球備受關注。美國能源部在2017~2021年近4年時間內針對固體顆粒、高溫熔鹽和氣體吸熱三種技術路線進行論證分析，最終在2021年3月選擇固體顆粒作為第三代光熱技術路線，并提供2500萬美元資金支持SNL開展顆粒試驗。德國DLR的HiFlex（用于柔性能源系統的高存儲密度光熱發電）項目是全球首個采用固體顆粒技術的預商業化光熱系統，獲得了歐盟“地平線2020研究與創新框架計劃”1350萬歐元的支持。法國CNRS的Next-CSP項目搭建了4MWt的顆粒光熱發電試驗平臺，正在開展150MW規模電站的設計預研工作。
據悉，顆粒儲能型光熱電站的關鍵設備包括吸熱器、換熱器、儲罐及提升機等，各個環節的研究都已在全球展開“角逐”。例如，在顆粒吸熱器方面，目前中國、美國、法國、德國、沙特阿拉伯、澳大利亞等多個國家的研究機構都在積極開展各自技術路線的MW級熱態試驗；換熱器和儲罐領域也吸引了美國、歐盟和沙特諸多研究機構的持續研究突破。
在高晟研究院相關負責人看來，掌握顆粒技術的關鍵設備及系統集成方法，將有望在下一代低成本光熱發電技術中建立技術壁壘，從而在與其他光熱發電技術乃至其他新型儲能技術的競爭中占據有利地位。
為在新一輪的光熱發電技術國際競爭中實現領跑，新一代光熱發電技術試驗平臺在先進性方面做了諸多努力，例如采用了太陽模擬器對自然光進行模擬，以克服太陽輻射受時間和氣候的影響。據相關負責人介紹，“太陽模擬器規模為200kWe，由20盞10kWe的大功率氙燈組成，是目前國內、外民用領域最大的聚光式太陽模擬器之一。”
圖：大功率聚光式太陽模擬器
此外，該平臺還搭建了由高晟研究院自主開發的顆粒吸熱器、超高溫顆粒儲罐、PCHE型顆粒換熱器等設備組成的全流程驗證平臺，采用陶瓷顆粒作為吸儲熱介質，吸儲熱溫度可達750℃，關鍵性能指標可媲美美國桑迪亞實驗室、法國國家科學研究中心、德國宇航中心等國際研究機構搭建的顆粒實驗平臺。
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