热能储存快照

热能储存已经在20世纪80年代在加利福尼亚的几个太阳能发电厂项目中成功地进行了演示。如今，西班牙的一些小型商业太阳能发电厂——大多是抛物线槽式——采用储能技术，将运行时间延长至日落后8小时。在美国，太阳能发电厂有望在不久的将来使用热能储存。(这是在线参考文献3;见主要文章，CE2012年11月)。

熔盐(按重量计通常含有60%-40%的硝酸钠和硝酸钾)作为存储介质具有多种特性。这些物质具有高热容量和相对低的成本，在非常高的温度下保持热量，并且保持流体状态而不会变成蒸汽。此外，熔盐也被研究作为一种热储存介质在新的绝热过程中的压缩空气储能系统正在开发中。

近期的进展

BrightSource能源公司熔盐储能系统的专业知识来自一个工程团队，其中包括上文提到的在加州建造了九个原始太阳能发电系统(segs)的技术先驱。目前，该公司的太阳能发电塔(SPT)技术应用于该州一个较小的设施。BrightSource还在以色列拥有一个6兆瓦的太阳能发电示范设施，用于测试太阳能发电技术的设备、材料、程序和施工/操作方法。

BrightSource也是目前正在加利福尼亚建造的370兆瓦Ivanpah SEGS的SPT技术供应商。供应范围包括太阳能场设计、优化软件和定位定日镜的控制系统，定日镜将太阳光集中在太阳能接收器上，从而产生过热蒸汽。这一过程的最后一步是将蒸汽送入涡轮发电机发电。Ivanpah SEGS已经通过了建设的中途点(见主要文章)。CE2012年11月)。

两个容量为500兆瓦的大型太阳能热电厂项目正在等待加州能源委员会的认证。其中一个项目预计将于2013年开工，2015年之前不会完工。另外两个BrightSource SPT项目的时间跨度更长，分别是西伯利亚和索诺兰西部项目，其中包括在传统的SPT工厂设计中增加SolarPlus熔盐储能系统的计划。

www.brightsourceenergy.com

SolarReserve LLC是另一家积极将熔盐储存与太阳能发电相结合的美国公司。在该公司的技术中，定日镜将阳光直接集中在流经电力塔顶部的太阳能接收器(热交换器)的熔盐上，将液体温度从550华氏度提高到1050华氏度(288摄氏度到566摄氏度)，然后，熔盐通过管道输送到储罐中，在储罐中储存高温流体的热能，直到需要发电。

当需要发电时，无论是白天还是晚上，熔盐都被引导到蒸汽发生器，在那里它把水变成过热的蒸汽来驱动涡轮发电机。经过热交换产生蒸汽后，相对冷却的熔盐被引导回“冷”储罐，然后泵回接收器进行再加热和过程重复。因此，液态熔盐既是能量收集机制，也是能量储存机制。

SolarReserve正在内华达州建造一座110兆瓦的太阳能塔式发电厂，据报道具有10小时的储热能力。新月沙丘太阳能发电厂计划于2013年底投入商业运营。该公司正在规划的另一个SPT工厂是一个两单元(2 × 100兆瓦)的设施，也将有熔盐储能，最长可达15小时。萨瓜切县(科罗拉多州)太阳能项目于2012年3月通过了一个重要的地方许可步骤。

www.solarreserve.com

热能储存的未来

虽然基于熔盐热交换的热能储存系统在今天是可行的，但这一技术领域的重要性已经引起了进一步研究和开发的注意。成本更低、效率更高的先进热能储存方法是目标。

例如，美国机械工程师协会(ASME)已经成立了一个热能储存工作组，以促进更先进的储能系统的发展。“聚焦:热能储存——改变太阳能发电的游戏规则”，一篇由ASME工作组成员撰写的文章(2012年初在ASMEnews在线发表)，是以下信息的来源。

目前的研究表明，在900- 1000摄氏度的温度下储存热能是可行的，也是可取的。这个温度范围比目前的太阳能塔技术使用的温度范围高得多，并且为不同行业的许多其他应用设想了热能储存。今天，热能储存主要依赖于材料的显热，如熔融盐，在双罐系统中的热装罐和“冷”排放罐之间的管道(见上面的照片和讨论)。CE， 2012年11月)。ASME工作组的文章(TFA)指出，这样的存储系统可能很昂贵。

如果存储材料发生相变，则可以存储更多的单位质量热能。相变材料(PCM)的存储潜热与显热相比通常是显著的，这是基于热能存储过程中使用的传热流体的允许温度变化。TFA指出，这可以转化为更低的系统成本。这样一个系统的适当设计可以实现近等温传热(这是热力学可逆的，因此更好)的存储能量的很大一部分。PCM储罐也可以设计成具有良好温度梯度(温跃层)的储罐。这将允许一个储罐设计而不是两个储罐，进一步降低系统成本。

此外，使用封装相变材料提供了一种更好的方式来存储热能。PCM胶囊为传热提供了更多的表面积，并且设计合理，在能量储存或回收过程中不会抑制传热。在TFA中提出了使用PCM胶囊的抗寒药的其他优点:

-不同熔融温度下的多组分串联可获得显著的系统火用增益。(火能是指系统与热源平衡过程中可能产生的最大有用功。)

-通过适当选择PCM(基于工作温度和适当的封装)，有迹象表明，存储成本可以接近美国能源部的目标，即资本成本为15美元/千瓦时(千瓦时热)-即使是950℃左右的热能存储。

许多大学和国家实验室正在进行研究，以使温跃栓实用。ASME工作组的文章强调，目前的研究旨在将热能储存成本降低75%，这将永远改变太阳能热发电的市场。

热能储存工作组由D.Yogi Goswami博士和Sudhakar Neti博士领导，并在ASME知识和社区部门的技术知识传播战略规划委员会下运作。有兴趣参与这一关键多学科领域解决方案开发的专业人士可以联系ASME的Brandy Smith，项目经理，新兴技术;SmithB@asme.org。

www.asme.org

与此同时，全球标准组织国际电工委员会(IEC)成立了一个名为电能存储系统的新技术委员会。技术委员会TC 120打算监督各种能源储存技术的国际标准的发展。

根据2012年10月IEC的公告，在其他任务中，TC 120将开发架构和路线图，以支持工业建设可负担和可靠的电能存储系统，这些系统可以并入世界上任何地方的现有电网。国际电工委员会指出，TC 120的总体目标是“加速可再生能源的整合，实现更可靠、更有效的电力供应”。

www.iec.ch

这个国际技术委员会的成立进一步表明，在不久的将来，储能系统在可再生能源和各种其他行业的应用越来越重要。

- Frank J. Bartos，体育博士控制工程贡献内容专家。打电话给他。braunbart@sbcglobal.net

进一步的阅读

国家可再生能源实验室，技术报告(NREL-TP6A2-45833)， 2010年2月，“聚光太阳能发电和热能储存的价值”。

45833. www.nrel.gov /分析/ pdf / pdf

国际电工委员会最近发表了两份关于储能主题的白皮书。副本可从www.iec.ch/whitepaper/energystorage下载

在线

请参阅下面链接的相关文章。

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。