中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:熔鹽是光熱發(fā)電行業(yè)目前已知的最為成熟和最為廉價(jià)的存儲(chǔ)太陽(yáng)熱能的材料,目前光熱電站的儲(chǔ)熱應(yīng)用普遍見(jiàn)于導(dǎo)熱油傳熱熔鹽儲(chǔ)熱的槽式系統(tǒng)中,但這種系統(tǒng)的儲(chǔ)熱投資成本下降潛力較為有限。而將熔鹽同時(shí)作為吸熱傳熱和儲(chǔ)熱工質(zhì),則將更大程度上益于降低光熱發(fā)電的LCOE。
阿海琺退出光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的其中一大損失是這個(gè)公司看起來(lái)已經(jīng)貼近將菲涅爾光熱發(fā)電技術(shù)推向成本獲得突破性削減的邊緣,但其卻在這一時(shí)刻選擇了離開(kāi)。
在Areva選擇放棄光熱發(fā)電業(yè)務(wù)之前,這家公司已經(jīng)確信找到了將熔鹽技術(shù)集合于其線性菲涅爾技術(shù)的技術(shù)方案。Areva與美國(guó)能源部Sandia實(shí)驗(yàn)室合作在美國(guó)新墨西哥州Albuquerque的國(guó)家太陽(yáng)能熱利用測(cè)試中心建設(shè)的熔鹽菲涅爾示范項(xiàng)目將為菲涅爾光熱發(fā)電技術(shù)帶來(lái)新生,采用熔鹽工質(zhì)將使菲涅爾光熱發(fā)電可以輸出基荷性綠色能源。
重要的是,這也意味著一種新的熔鹽應(yīng)用方式的誕生。熔鹽被作為儲(chǔ)熱材料雖然已經(jīng)在槽式電站中獲得成熟應(yīng)用,但其依然面臨著包括成本削減等一系列的挑戰(zhàn)。雖然熔鹽儲(chǔ)熱已經(jīng)具有相當(dāng)高的成本經(jīng)濟(jì)性。但要降低光熱發(fā)電的成本,我們必須考慮儲(chǔ)熱系統(tǒng)的低成本改進(jìn)方案。
SolarReserve公司首席技術(shù)官Bill Gould表示,“如果你需要存儲(chǔ)能量,我認(rèn)為沒(méi)有比熔鹽更好的替代選擇了?!盨olarReserve一直以來(lái)走在熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)的最前列,但其開(kāi)發(fā)的是塔式技術(shù)。而對(duì)于槽式和菲涅爾這類系統(tǒng)集成相對(duì)簡(jiǎn)單一些的技術(shù)而言,熔鹽作直接工質(zhì)的技術(shù)依然在示范研發(fā)階段。
“大多數(shù)人一想到儲(chǔ)能,他們就會(huì)想到電池。但事實(shí)上,電池儲(chǔ)能的價(jià)格目前是儲(chǔ)熱成本的5倍到20倍還高,其推廣的經(jīng)濟(jì)性嚴(yán)重不足。”Gould說(shuō)道,“以常見(jiàn)的鋰離子電池為例,目前最為先進(jìn)的鋰電池技術(shù)所能達(dá)到的性能和效率已經(jīng)接近于其理論極限,不可能再有更大的突破。因此即便給予這種技術(shù)研發(fā)上的投入很多,但其成本依然難以得到有效降低?!逼渌恍﹥?chǔ)能方案如飛輪儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能,相對(duì)儲(chǔ)熱技術(shù)而言同樣相對(duì)昂貴,且在很多情況下缺少可融資性(bankable)。
增加熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)至一個(gè)光熱電站的成本一方面也取決于是否同時(shí)將熔鹽作為直接傳熱流體。對(duì)于直接將熔鹽作為唯一工質(zhì)的光熱電站,其成本經(jīng)濟(jì)性要好于采用兩種工質(zhì)的電站。Gould表示,“如果有兩種傳熱流體在光熱發(fā)電系統(tǒng)中,必然會(huì)增加很多衍生成本?!北热鐜埯}儲(chǔ)熱的導(dǎo)熱油槽式光熱發(fā)電系統(tǒng),導(dǎo)熱油吸收熱量后還需要再與熔鹽換熱來(lái)儲(chǔ)熱,這就需要一系列的設(shè)備增加,同時(shí)帶來(lái)了更多熱損,結(jié)果導(dǎo)致增加了光熱發(fā)電站的總體投資。
熔鹽塔式技術(shù)的優(yōu)勢(shì)即在于將熔鹽同時(shí)作為傳熱和儲(chǔ)熱介質(zhì)予以利用?!拔覀儗?duì)無(wú)儲(chǔ)熱電站和帶儲(chǔ)熱電站的投資額已經(jīng)做了對(duì)比分析,得到的答案是兩者之間的差別很小。這是因?yàn)樵诮o定一個(gè)太陽(yáng)島的情況下,如果儲(chǔ)熱系統(tǒng)被移除,汽輪機(jī)的規(guī)模就必須增加。但從電站性能上來(lái)看,顯然帶儲(chǔ)熱電站更加優(yōu)良。在槽式電站中,如果采用熔鹽作工質(zhì)將面臨很大挑戰(zhàn),因?yàn)樾枰WC熔鹽介質(zhì)在長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里的集熱管路中流動(dòng)而不會(huì)凝固?!盙ould表示。
塔式系統(tǒng)的問(wèn)題是這種發(fā)電技術(shù)的投資成本過(guò)高,塔式開(kāi)發(fā)商需要關(guān)注的是這種技術(shù)的成本是否還能削減。答案幾乎可以肯定是“能”,但需要懷疑的是熔鹽系統(tǒng)是否可以為成本的削減提供幫助。
從熔鹽材料成本上來(lái)看,雖然熔鹽制造商正在致力于生產(chǎn)更廉價(jià)的熔鹽產(chǎn)品,但熔鹽產(chǎn)品內(nèi)部人士的觀點(diǎn)認(rèn)為其價(jià)格很大程度上取決于其它熔鹽消費(fèi)市場(chǎng)的供需狀況。熔鹽供應(yīng)商SQM公司太陽(yáng)鹽銷售和市場(chǎng)總監(jiān)Giuseppe Casubolo表示,“更為穩(wěn)定的CSP市場(chǎng)以及更為清晰的CSP行業(yè)發(fā)展前景將幫助穩(wěn)定熔鹽的價(jià)格水平,目前熔鹽的主要市場(chǎng)仍在傳統(tǒng)市場(chǎng)領(lǐng)域?!碧?yáng)鹽的價(jià)格將受制于傳統(tǒng)熔鹽市場(chǎng)的興衰。
光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的普遍觀點(diǎn)是可以為光熱發(fā)電帶來(lái)較大程度的成本削減的層面是電站的設(shè)計(jì),但與儲(chǔ)熱系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)可能并不太大。Gould就表示,“特別是鏡場(chǎng)的設(shè)計(jì)將可以帶來(lái)較大的成本削減。我們現(xiàn)在就擁有一些新的設(shè)計(jì),可以比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案節(jié)約很多成本?!?
對(duì)于儲(chǔ)熱系統(tǒng)的成本削減,目前的熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的成本下降空間較為有限?,F(xiàn)在有相當(dāng)數(shù)量的研究的目標(biāo)是尋找可以替代熔鹽的擁有更高能量密度的儲(chǔ)熱材料,很多集中于對(duì)相變儲(chǔ)熱材料的研究層面,但目前取得成功的還沒(méi)有。目前的熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了有20年左右,可以說(shuō)已經(jīng)比較成熟。
德國(guó)宇航局工程熱力研究所的儲(chǔ)熱研究總監(jiān)Markus Eck博士表示,“雖然儲(chǔ)熱技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間已經(jīng)很長(zhǎng),但塔式光熱發(fā)電領(lǐng)域利用熔鹽傳熱儲(chǔ)熱的經(jīng)驗(yàn)還十分有限。如果熔鹽塔式技術(shù)被證明可以進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用,我們?cè)谖磥?lái)將可以看到更多熔鹽塔式電站投入運(yùn)行?!?
在儲(chǔ)熱材料選用熔鹽的前提下,直接利用熔鹽吸熱、傳熱、儲(chǔ)熱可能是降低光熱發(fā)電LCOE的重要途徑,熔鹽塔式技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始用大規(guī)模實(shí)例來(lái)證明這一點(diǎn),但熔鹽槽式和熔鹽菲涅爾技術(shù)仍在實(shí)驗(yàn)示范階段,如果其技術(shù)相對(duì)成熟后能得到一些商業(yè)化應(yīng)用的嘗試,可能幫助打開(kāi)線聚焦光熱發(fā)電技術(shù)的LCOE下跌之門(mén)。