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全球年平均气温分布图资料来源:威斯康星大学(University of Wisconsin)
SCARABEUS项目由欧盟委员会及欧盟“Horizon 2020”研究及创新计划联合出资500万欧元(约合550万美元),旨在通过超临界CO2布雷顿循环系统来提升光热电站的运行效率,同时降低光热电站成本,使其更具市场竞争力。
研究表明,提高动力循环的热效率是降低CSP装置的平准化能源成本(LCOE)的关键。传统光热发电系统的热效率一般为35%至40%,而配备sCO2动力循环的光热发电系统可实现超过50%的热效率。
与传统的朗肯和sCO2布雷顿循环设计相比,SCAREBEUS循环中的冷凝朗肯系统布局更简单。根据项目文件显示,与传统的朗肯蒸汽循环中的十多个热交换器相比,该系统使用简化的功率块,仅有一个换热器和主热交换器。
此外,混合的工作流体方法还允许在涡轮机械中使用泵而不是压缩机,从而减少了功耗和物理尺寸。系统在实现更高的循环效率的同时,还降低了对太阳能集热场布局和能量存储容量的要求,可以大大减少项目资本支出。
多个研发团队追求创新光热发电系统设计 不断突破温度限制
与此同时,全球多个研究团队也在开发创新型的高温光热发电系统设计,以提高热电系统的能量转换效率并降低成本。
现在多数商业化塔式光热电站使用熔融盐作为传热介质,运行温度多限制在565摄氏度。
目前,美国布雷顿能源公司(Brayton Energy)、国家可再生能源实验室(NREL)和桑迪亚实验室(Sandia Laboratories)正在争取能源部(DOE)2500万美元的款项,用于建设温度超过700摄氏度的光热发电系统。
去年,美国通用电气(GE)和西南研究所(SWRI)联合设计并制造的全球运行温度最高的超临界二氧化碳(sCO2)涡轮机进行了测试。这台10兆瓦的涡轮机可在约700摄氏度的温度下运行,热效率近50%,远高于传统光热发电系统所达到的35%-40%水平。
此外,在比尔·盖茨(Bill Gates)的支持下,美国初创光热发电企业Heliogen开发了一个独立的太阳能发电系统,该系统采用“闭环”算法自动校准定日镜。该系统使用摄像机和先进的计算机可视化软件来更精确地对准定日镜并提高太阳能聚光效率。经测试,定日镜反射阳光精度提高后系统可实现1000°C以上的温度。
同时,德国DLR也在开发一种离心式光热发电吸热器装置,吸热器出口处的颗粒温度可达到965摄氏度;法国CNRS开发的流化床吸热器颗粒温度已超过900摄氏度;在西班牙,欧盟H2020计划下的“太阳到液体(Sun-to-liquid)”研究团队已经使用化学反应堆吸热器,温度高达1400摄氏度以上。
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