光熱發(fā)電因伴有儲熱系統(tǒng)而具備了可持續(xù)穩(wěn)定與可調(diào)度供電的核心競爭優(yōu)勢，美國能源部SunShot計劃提出到2020年實現(xiàn)6美分/kWh的光熱發(fā)電成本目標，其中對儲熱系統(tǒng)設(shè)定的目標為15美元/kWhth。而目前的實際成本仍遠遠高出這一目標值，如何更快地降低儲熱系統(tǒng)的成本是光熱發(fā)電行業(yè)須著力突破的關(guān)鍵一環(huán)。
除了目前常見的熔鹽儲熱技術(shù)，更多新型的低成本儲熱系統(tǒng)方案被提出并開始逐步推向?qū)嶒灪褪痉厄炞C。美國佛羅里達大學研發(fā)的膠囊式相變儲熱系統(tǒng)就是一種獨特的新型儲熱解決方案。據(jù)稱，采用該技術(shù)可以大大削減儲熱成本。記者為此采訪了Verdicorp中國區(qū)代表北京百富麗科技有限公司總經(jīng)理佟光華。
佟光華表示，該儲熱技術(shù)采用膠囊式包裝熔鹽以實現(xiàn)相變儲熱。之所以采用這種膠囊結(jié)構(gòu)，是為了解決傳統(tǒng)熔鹽儲熱系統(tǒng)投資成本高及有腐蝕性的問題。首先，熔鹽的優(yōu)勢是價格低廉，來源普遍，物理化學性質(zhì)穩(wěn)定，導熱系數(shù)與載熱容量高。但是考慮到熔鹽儲熱系統(tǒng)的熱損失和熔鹽的腐蝕性問題，必須對熔鹽管道做好保溫，以避免熔鹽凝固，同時目前采用的雙罐系統(tǒng)也使得熔鹽儲熱系統(tǒng)的投資較為高昂。儲熱系統(tǒng)的投資是光熱發(fā)電站僅次于光場的第二大類別。削減熔鹽儲熱系統(tǒng)高昂的投資成本，可大幅降低光熱發(fā)電的度電成本。
相變?nèi)埯}是一種具有特殊感光性和可快速充放熱的具有特殊導熱性的高溫材料，由多種不同的熔鹽以一定比例配比而成，具體可根據(jù)實際的運行溫度需要選擇材料配比。將這種相變材料封裝于小型的膠囊狀球體中，可有效解決相變材料對儲熱箱體的腐蝕問題，并可采用價格更為低廉的單罐設(shè)計。
對于該儲熱球的制造和封裝工序，研究人員首先采用液壓機將這種粉狀相變蓄熱材料壓縮，然后用一種低成本、可硬化并具有高滲透率的聚合物涂布將壓縮后的相變材料包裹起來，再通過加熱工序，使相變材料膨脹，聚合物涂布膨脹將空氣逼出材料球內(nèi)，形成真空。再通過放熱過程，相變材料在球體內(nèi)由外向內(nèi)冷卻成為固態(tài)，因空氣在加熱過程中被逼出，中心部位形成真空狀態(tài)，然后采用電鍍或高溫燒結(jié)技術(shù)將包裹起來的相變儲熱球封裝一層金屬外殼或者陶瓷外殼。(見圖1)
圖1：金屬外殼相變蓄熱球制造過程
而之所以將儲熱球進行真空處理，是因為儲熱球在使用過程中，相變材料在球體內(nèi)部會因融化而膨脹，造成內(nèi)部壓力升高，可能會對球體造成損壞，真空處理后球體內(nèi)部就預留了一部分空間，可保證相變材料在充放熱過程中不會對球體外殼造成損壞。
