光熱發(fā)電相對(duì)光伏的核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)即其可通過(guò)儲(chǔ)熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可調(diào)電力輸出，而在電力存儲(chǔ)技術(shù)迅速發(fā)展的當(dāng)下，光熱儲(chǔ)熱技術(shù)也亟需迎來(lái)變革，特別是在成本經(jīng)濟(jì)性上要獲得更大程度的發(fā)展，方能保持光熱發(fā)電技術(shù)的長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力。
目前最為成熟和應(yīng)用最為廣泛的儲(chǔ)熱技術(shù)即熔鹽儲(chǔ)熱。該項(xiàng)技術(shù)早于1995年在美國(guó)的Solar Two塔式示范電站上進(jìn)行了示范應(yīng)用，并在2009年西班牙裝機(jī)50MW的Andasol1槽式電站上進(jìn)行了首次成功的商業(yè)化應(yīng)用，自此開(kāi)啟了熔鹽儲(chǔ)熱的商業(yè)化之門。
TSK Flagsol的技術(shù)和創(chuàng)新總監(jiān)Mark Schmitz表示，“目前采用熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)的光熱電站在全球已有10多座建成在運(yùn)行，其中多為槽式電站，另包括Gemasolar這座塔式熔鹽光熱電站。粗略估計(jì)，這些電站的總儲(chǔ)熱能力每天晚上足夠滿足輸出5700MWh的太陽(yáng)能電力?！?
Mark Schmitz認(rèn)為，“熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)是已被驗(yàn)證的、具有較好銀行可融資性的技術(shù)，目前有很多研究認(rèn)為直接采用熔鹽作為吸熱傳熱工質(zhì)是熔鹽技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)，這可以為熔鹽技術(shù)帶來(lái)更好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，如提高了熔鹽的工作溫度，有利于光熱電站整體經(jīng)濟(jì)性的提升?！?
熔鹽技術(shù)在光熱發(fā)電行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展至今已有數(shù)十年的時(shí)間，雖然其技術(shù)仍在發(fā)展之中，但熔鹽技術(shù)固有的缺陷看起來(lái)比較難以克服，如有成熟應(yīng)用的二元太陽(yáng)鹽的凝固點(diǎn)過(guò)高，導(dǎo)致其寄生性能源消耗過(guò)高；熔鹽的腐蝕性對(duì)熔鹽系統(tǒng)的設(shè)備材料要求較高，導(dǎo)致系統(tǒng)投資成本較高等。
目前，熔鹽技術(shù)的擁躉們正從兩個(gè)方面發(fā)力來(lái)尋求更大的突破，一方面即革新熔鹽的成分配比，采用低熔點(diǎn)熔鹽等，另一方面即推進(jìn)熔鹽工質(zhì)直接吸熱傳熱技術(shù)的研發(fā)。目前在這兩個(gè)層面的推進(jìn)工作都較為艱難。
事實(shí)上，熱量的存儲(chǔ)有多種技術(shù)路線，熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)只是目前為止最具商業(yè)化實(shí)用價(jià)值的技術(shù)，如混凝土儲(chǔ)熱、沙子儲(chǔ)熱等技術(shù)也表現(xiàn)出了一定的應(yīng)用潛力。
挪威NEST能源公司認(rèn)為其開(kāi)發(fā)的Heatcrete專利混凝土儲(chǔ)熱技術(shù)就比其它儲(chǔ)熱技術(shù)包括目前已十分成熟的熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)更具競(jìng)爭(zhēng)力。Juan Barragan是NEST公司的儲(chǔ)熱系統(tǒng)高級(jí)工程師，擁有理學(xué)工程學(xué)位，在特種化學(xué)工程領(lǐng)域有專業(yè)研究。他表示，“在NEST公司，我們開(kāi)發(fā)了一種新的低成本高效儲(chǔ)熱技術(shù)，這種多功能固態(tài)儲(chǔ)熱系統(tǒng)適用于光熱發(fā)電和其它應(yīng)用領(lǐng)域。這種儲(chǔ)熱介質(zhì)是與海德堡水泥集團(tuán)（Heidelberg Cement）合作開(kāi)發(fā)的，儲(chǔ)熱系統(tǒng)由數(shù)量不等的獨(dú)立單元聯(lián)接而成。”
圖：常規(guī)導(dǎo)熱油傳熱槽式電站中應(yīng)用NEST儲(chǔ)熱技術(shù)
圖：DSG電站中應(yīng)用NEST儲(chǔ)熱技術(shù)（PCM為相變儲(chǔ)熱材料）
水或其它傳熱介質(zhì)吸收太陽(yáng)能熱量后在Heatcrete儲(chǔ)熱系統(tǒng)單元中流動(dòng)，傳遞大部分熱能存儲(chǔ)起來(lái)并在放能時(shí)間段內(nèi)釋放。這是一種高效低成本的、簡(jiǎn)單的、完全模塊化的、可規(guī)?；瘮U(kuò)展的系統(tǒng)，適于商業(yè)化應(yīng)用級(jí)別的規(guī)模范圍從幾MWHth到數(shù)GWHth不等。相較于目前已廣泛應(yīng)用的成熟的熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)，NEST儲(chǔ)熱技術(shù)具有更好的成本經(jīng)濟(jì)效益，特別是對(duì)于MWHth規(guī)模的應(yīng)用而言更為適用。
其適用的儲(chǔ)熱工作溫度范圍從零下到零上600多攝氏度，如此廣的溫度區(qū)間使得傳熱工質(zhì)的選擇更為多樣，如采用水蒸氣或其它新型工質(zhì)均可。同時(shí)有助于其實(shí)現(xiàn)更多附加增益，如增大系統(tǒng)發(fā)電效率，降低寄生性能源消耗，工質(zhì)無(wú)凝固風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)整體運(yùn)行更為穩(wěn)定可靠等。
在成本經(jīng)濟(jì)效益方面，NEST儲(chǔ)熱技術(shù)相對(duì)熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)的系統(tǒng)投資成本即CAPEX更低，這主要得益于其簡(jiǎn)單化和模塊化的設(shè)計(jì)?；旧?，一個(gè)個(gè)相同的儲(chǔ)熱單元可以在經(jīng)過(guò)聯(lián)接后達(dá)到預(yù)期的儲(chǔ)熱能力，避免了過(guò)多的外部循環(huán)，可由此節(jié)約一大部分投資額。基于其固體儲(chǔ)熱工質(zhì)，無(wú)防凝必要，NEST解決方案所采用的電伴熱或輔助加熱系統(tǒng)也微不足道，相對(duì)熔鹽儲(chǔ)熱可節(jié)約大量投資。
同樣建設(shè)一個(gè)儲(chǔ)熱系統(tǒng)，NEST儲(chǔ)熱方案相對(duì)其它儲(chǔ)熱方案也更具競(jìng)爭(zhēng)力，這是因?yàn)镹EST儲(chǔ)熱系統(tǒng)采用的大部分的儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)備和組件均可本土采購(gòu)，絕大部分是鋼材和混凝土材料，這在全球絕大多數(shù)地區(qū)都十分常見(jiàn)易取。
另外，NEST儲(chǔ)熱系統(tǒng)有更低的運(yùn)維成本即OPEX，因?yàn)閬?lái)自于寄生性負(fù)載的消耗更低，自耗電很低。基于這個(gè)原因，在待機(jī)模式下，其寄生消耗幾乎可以忽略不計(jì)。同樣值得指出的是，儲(chǔ)熱系統(tǒng)建設(shè)幾乎所有的組件在建設(shè)太陽(yáng)能熱發(fā)電站時(shí)都會(huì)用到，如建筑材料、基礎(chǔ)設(shè)施和閥門等，這也大大降低了備件庫(kù)存廠房的建設(shè)和運(yùn)維團(tuán)隊(duì)的培訓(xùn)投資。
Heatcrete儲(chǔ)熱工質(zhì)在研發(fā)時(shí)就定位于免維護(hù)。這種特殊的混凝土材料已經(jīng)被證明是一種可靠的材料，在建筑行業(yè)可以經(jīng)受數(shù)百萬(wàn)次的應(yīng)力循環(huán)。在儲(chǔ)熱領(lǐng)域，Heatcrete系統(tǒng)在其30余年的運(yùn)行期內(nèi)一般每天進(jìn)行一次循環(huán)，總計(jì)將經(jīng)受超過(guò)一萬(wàn)次熱應(yīng)力循環(huán)，事實(shí)上相對(duì)其自身屬性，這種熱循環(huán)疲勞程度是較輕的，因此其理論上的使用壽命要比光熱電站一般的30年壽命更長(zhǎng)。該儲(chǔ)熱系統(tǒng)所需的焊接鋼材在維護(hù)方面也十分簡(jiǎn)便，系統(tǒng)維護(hù)的焦點(diǎn)集中于儲(chǔ)熱系統(tǒng)和太陽(yáng)島的聯(lián)接環(huán)節(jié)。這與其它常規(guī)的儲(chǔ)熱系統(tǒng)有很大不同，在維護(hù)方面要簡(jiǎn)便很多。
運(yùn)行該系統(tǒng)的方法類似于運(yùn)行常規(guī)太陽(yáng)能電站其它附屬系統(tǒng)，所有的設(shè)備和組件在運(yùn)行期的管理維護(hù)都與電站安裝的其它設(shè)備和組件類似。因此，能夠運(yùn)行常規(guī)太陽(yáng)能電站的技術(shù)人員可以在經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)后即可正式上崗，需要區(qū)別的是其工質(zhì)的傳輸會(huì)有所不同。
Heatcrete儲(chǔ)熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分靈活和強(qiáng)大，這種儲(chǔ)熱系統(tǒng)的關(guān)停所需的時(shí)間也是很少的，相對(duì)而言，熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)在關(guān)停時(shí)所耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，這也是由于其系統(tǒng)較為復(fù)雜，熔鹽工質(zhì)的流動(dòng)工況也較為復(fù)雜，如熔鹽的腐蝕、泄露等問(wèn)題需要重點(diǎn)考慮。
NEST系統(tǒng)的安裝調(diào)試及初次啟動(dòng)比熔鹽系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單，工質(zhì)的預(yù)熱在額外的預(yù)熱單元中進(jìn)行，這是十分重要的流程，對(duì)任何儲(chǔ)熱系統(tǒng)而言都是如此，但相對(duì)熔鹽系統(tǒng)的預(yù)熱，熔鹽的化鹽過(guò)程的操作難度會(huì)更大一些。
對(duì)于儲(chǔ)熱系統(tǒng)的運(yùn)行，NEST儲(chǔ)熱解決方案與熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)相較有不同的運(yùn)行性能表現(xiàn)，主要的不同在于Heatcrete儲(chǔ)熱系統(tǒng)在放熱時(shí)的出口溫度將會(huì)減小，在吸熱時(shí)的進(jìn)口溫度將會(huì)增加，而熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的進(jìn)出口溫度都是基本恒定的常量。這一固有的屬性使得采用NEST儲(chǔ)熱系統(tǒng)的汽輪機(jī)電力輸出要小于熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)，但如果考慮光熱電站總的凈電力輸出，即減去寄生性電力消耗的話，NEST儲(chǔ)熱系統(tǒng)會(huì)有更好的表現(xiàn)。同時(shí)，由于NEST儲(chǔ)熱系統(tǒng)變化性的汽輪機(jī)輸出曲線，在一定時(shí)間段內(nèi)其汽輪機(jī)運(yùn)行表現(xiàn)要好于熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)，因此可以在放熱時(shí)的前幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，在PPA分時(shí)電價(jià)較高的時(shí)間段內(nèi)輸出，以對(duì)項(xiàng)目的整體經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行優(yōu)化。
NEST對(duì)一個(gè)儲(chǔ)熱量為100MWhth的槽式導(dǎo)熱油系統(tǒng)的模擬分析表明，采用NEST儲(chǔ)熱系統(tǒng)，預(yù)計(jì)年增加電力輸出5GWhe。但考量哪種儲(chǔ)熱技術(shù)才是最優(yōu)的儲(chǔ)熱技術(shù)是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作，需要從多個(gè)不同的層面予以分析，但Juan Barragan認(rèn)為，綜合來(lái)看，NEST的儲(chǔ)熱技術(shù)是最具競(jìng)爭(zhēng)性的替代性儲(chǔ)熱技術(shù)。
