Areva和Sandia积极推进熔盐型菲涅尔技术研发

在美国桑迪亚（Sandia）国家实验室位于美国新墨西哥州Albuquerque的国家太阳能热利用测试中心（NSTTF）的南侧，矗立着一个菲涅尔光热发电熔盐储热技术实验示范项目，该项目正在对线性菲涅尔光热发电技术和熔盐储热技术进行整合试验，以开发出可以进行产业化商业化应用的熔盐型菲涅尔光热发电技术。常见的菲涅尔光热发电技术采用水或导热油作为工质，这限制了菲涅尔的工作温度，使其难以实现更高的系统循环效率。Sandia实验室的研究人员和Areva太阳能的研究者们为此积极推进更高运行温度的熔盐型菲涅尔光热发电技术的研发。如下图所示，为此建设的示范项目的集热管支架采用了A字形架构的创新设计，吸热管所处的高度达到了100英尺（约合30.48米），菲涅尔反射镜场的集热规模相对增加不少，以达到更高的集热温度。实验项目采用了采光面积达5000平方米的菲涅尔反射镜，熔盐工质采用的是常见的60%硝酸钠+40%硝酸钾的混合物。“我们的目标是验证采用熔盐作工质的菲涅尔光热发电技术的可行性和实际运行性能，采用熔盐工质将可以获得高达585摄氏度的运行温度，同时还能够获得一个具备成本竞争力的储热系统。”Areva太阳能北美区总经理Robert Gamble如是表示。Areva太阳能之所以与Sandia合作是因为Sandia在熔盐系统方面的专业能力，Sandia早在2012年底就在NSTTF投资建设了一个熔盐实验回路（MSTL），这个熔盐实验回路投入1000万美元，是美国唯一一个可以提供真实的光热发电实际运行环境条件的熔盐回路测试系统，该系统可以帮助一些公司进行技术实验以收集整理数据，以作出商业化的开发选择。Sandia的研究者们已经开始为外来客户测试相关组件性能，并提供专业的知识来帮助设计和改进实验。“客户来到这里仅仅需要一个想法，我们有知识和能力去帮助客户完善他的这一想法，并将之付诸于实际的测试中去。”Sandia工程师Bill Kolb表示，“在熔盐的世界里，这个系统是你获得专业知识的很好平台。”线性菲涅尔集热系统结构简单，成本较为低廉，占地面积相对较少。通过整齐排列的反射镜反射阳光至高处的不锈钢吸热管，加热其中流动的熔盐工质，熔盐吸热后与水换热产生蒸汽来驱动汽轮机发电。吸热管是反射镜阵列的聚集焦点，但其并不直接吸收阳光，经过反射的阳光汇集后通过二次反射镜将光能聚集至吸热管上。“这实际上是基于行业对储热的需求，我们在此示范的这一系统的目标就是证明这一概念，并将之推向产业化应用。通过该示范系统我们学习并掌握熔盐菲涅尔光热发电系统的设计，并将之优化以适应电力产业的实际要求。”Areva太阳能项目工程师Antoine Bera如是表示。在光热发电的早期阶段，产业更多地聚集于如何产生蒸汽并驱动汽轮机发电，对储热的关注度并不是特别高。但今天，伴随技术的进步和市场的需求，越来越多的公司希望将储热技术纳入其光热发电的整体解决方案中去。熔盐可以在较长时间内大量存储热能，是目前被广泛应用的一种储热介质，储热系统的附加可以提供更适合电网需求的电力供应。Sandia的光热发电技术部门经理Subhash L. Shinde表示，“储热技术是实现SunShot目标的现实路径，熔盐储热不仅仅可以帮助提供稳定可调电力，还能削减光热发电的LCOE。这是采用熔盐储热的一大优势。”DOE的SunShot计划目标是到2020年实现光热发电度电成本6美分的目标，目前我们的平均成本大概在13美分左右，距离目标我们还有很长的一段路要走。Gamble则表示，“Sandia拥有领先的熔盐技术和丰富的实践经验，从Sandia的熔盐技术研发经验中，Areva可以学习到很多，与Sandia的合作带给了我们很大的实实在在的价值。”这个菲涅尔熔盐储热示范系统于今年的5月份正式宣布建成，到目前为止已经完成了初期的实验测试，未来，更多有关熔盐的深入的实验和测试将陆续展开。