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      歐盟太陽能熱發電戰略研究議程2025
      發布時間:2013-05-23 來源:國家能源局

      ????歐洲太陽能熱發電協會(ESTELA)發布了首個戰略研究議程,設定了到2025年歐洲太陽能熱發電優先研究的問題,以期實現三大目標:提高效率與降低成本、增強可調度性和提高環境效應。戰略研究議程討論了四種主要的太陽能熱發電技術:拋物槽式、塔式、線性菲涅爾式和碟式斯特林系統,還包括相關的交叉問題,如蓄熱、混合發電和標準化等。

      ????目前,全球太陽能熱發電裝機容量已達2 GW,還有3 GW在建中。大部分電站建在西班牙和美國,其他地區也在考慮發展熱發電,北非、印度、中國和南非等已啟動了新的項目。到2015年太陽能熱發電裝機量有望達到10 GW。

      ????歐盟成員國在2010年制定的國家可再生能源行動計劃中設定了到2020年太陽能熱發電裝機總計要超過7 GW,其中僅西班牙裝機目標就超過5 GW。由于經濟危機影響,目前歐洲各國的補貼形勢不太明朗,國家層面正在采取新的措施來協調可再生能源項目的投資計劃。考慮到各國政策和電站參數,目前太陽能熱發電的固定上網電價在0.3歐元/kWh左右。同時,太陽能熱發電產業還創造了許多新的就業機會。如在西班牙,2008~2010年間相關工作崗位數量翻了一番多。

      ????一、標準化

      ????太陽能熱發電的技術標準對加速降低成本至關重要。太陽能聚光器的EN12975標準已是ISO9806標準的一部分,目前正在修訂。太陽能熱發電標準工作組已于2011年成立,2012~2013年有望發布新的指導方針。但仍需加強在以下領域建立通用標準框架:資格、認證、測試程序、組件和系統耐久性試驗、調試程序、模擬結果和太陽能場建模等。

      ????二、目標1:提高效率,降低發電、運行與維護成本

      ????為滿足目標1戰略研究議程列出了四種熱發電技術的優先研究主題,交叉問題也共同列出,如表1所示。

      表1 歐洲太陽能熱發電技術優先研究主題

      技術種類

      研發主題

      拋物槽式

      集熱器

      - 規模化效應

      - 更好的集熱器設計和制造

      - 更好的太陽能場控制

      - 自主驅動單元和本機控制(無線)

      吸熱管

      - 選擇性涂層更好的優化穩定性

      - 真空管設計,無焊接或無較低的透氫

      傳熱流體

      - 利用壓縮氣體(CO2N2、空氣等)

      - 直接蒸汽發電

      - 熔鹽+輔助加熱

      塔式

      吸熱器

      - 先進高溫吸熱器(直接吸收)

      - 新工程化材料(陶瓷管)

      傳熱流體

      - 用于超臨界蒸汽循環的熔鹽

      - 空氣和CO2作為主要流體

      - 直接過熱蒸汽

      - 粒子吸熱器系統

      定日鏡場

      - 多重小塔式配置

      - 可靠的無線定日鏡控制系統

      - 優化的定日鏡場

      - 改進驅動機制

      - 自主驅動單元和本機控制(無線)

      新的轉化循環和系統

      - 布雷頓循環

      - 聯合循環和超臨界蒸汽循環

      - 與生物質混合發電

      - 二級聚光器

      線性菲涅爾式

      控制和設計

      - 更好的跟蹤選項

      - 塔式技術與菲涅爾技術的混合

      吸熱器

      - 真空管式吸熱器

      - 新一代非真空管式吸熱器

      反光鏡

      - 二級聚光

      - 弧形支持表面薄膜

      傳熱流體

      - 過熱直接蒸汽發電

      - 僅用熔鹽

      - 非真空吸熱器中的加壓CO2或空氣

      碟式

      燃氣輪機

      - 與天然氣或生物氣混合發電

      - 碟式系統與壓縮空氣儲能結合

      吸熱器

      - 應對更低熱惰性的回熱器

      系統部件

      - 與汽車制造行業協同

      - 改進跟蹤系統

      斯特林發動機

      - 聯動式發動機(更低的組件錯誤率、更低的H2泄露、大規模生產)

      - 自由活塞式發動機(線性發電機更好的控制與設計)

      可調度性

      - 機電式存儲和蓄熱

      - 吸熱器中的替代能源來源(生物質)

      交叉問題

      反射鏡

      - 輕反射表面

      - 防污涂層

      - 高反射率

      傳熱流體

      - 低熔點混合物

      - 加壓氣體

      - 帶有高壓吸熱管的直接蒸汽發電

      - 高工作溫度

      其他

      - 具有更好光學特性的選擇性涂層吸熱器

      - 新存儲概念

      - 改進控制、預測和運行工具

      ????三、目標2:增強可調度性

      ????可調度性是增強太陽能熱發電技術競爭力的重要特性,能夠靈活響應電網需求是關鍵。盡管許多電站已建設了蓄熱系統,但仍需要開展更多的工作。

      ????(一)綜合系統

      ????通過水預熱方法或鍋爐蒸汽/水循環能夠實現將太陽熱能集成到大型蒸汽廠。需要設計合適的鍋爐以應對溫度差異。如果鍋爐集成已完成,還需要改進其設計與控制系統。

      ????將太陽熱能與燃氣輪機或聯合循環電站集成也是選擇之一。與燃氣輪機相結合時,在高溫太陽能集熱器中可將空氣溫度加熱到高溫,從而產生高轉化效率。提高處理過渡相的能力需要改進設計控制系統。

      ????將太陽熱能與生物質集成更適用于小規模設施,可以作為全可再生能源電站。

      ????(二)蓄熱

      ????不同傳熱流體,采用不同的設計:

      ????熱油:用具有良好溫度分層的單個蓄熱罐替代雙罐配置可極大簡化蓄熱。還可以通過換熱器和蓄熱材料的固態分離來優化單罐設計。

      ????熔鹽:太陽能場和蓄熱循環之間不需要交換器。需要研發具有低凝點和避免腐蝕問題的新熔鹽混合物。

      ????蒸汽:在發電模塊之前不需要交換器。需要調研用于飽和蒸汽的固態/液態相變材料。

      ????氣體:超高溫應用可行。挑戰是如何設計高效傳熱系統和蓄熱材料選擇。

      ????一般而言,需要改進熱量積蓄與釋放策略以最大化蓄熱能力。還需要調研熱化學儲能系統概念。

      ????(三)改進預測

      ????良好的預測能力對于可靠估計給定地點電站的成本非常重要。可以設想許多解決方案,如詳細預報超短期氣象情況,開發電力預測系統軟件監管電力生產,改進地面太陽直射輻射(DNI)測量方法,利用氣象衛星結果,改進用于DNI預測的數值天氣預報模型,分析太陽能與風能資源之間的年際變化情況和時間與空間關聯。

      ????四、目標3:提高環境效應

      ????傳熱流體因其對環境的潛在影響而成為實現本目標的關注點,合成油的污染是最令人擔憂的影響之一。不同流體的環境和經濟特性研究如圖1所示。

      (摘編自先進能源科技動態監測快報)

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