美桑迪亚实验室即将进行首次粒子接收器超临界CO2回路测试
发布者:lzx | 来源:​CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 2514查看 | 2020-07-21 17:32:53    

CSPPLAZA光热发电网讯:美国桑迪亚国家实验室(SNL)下辖的美国国家太阳能热利用测试中心(NSTTF)将在2020年夏天实现多项突破性进展,其中包括首次对粒子接收器和超临界CO2系统之间的热交换器进行测试,以及首次将粒子接收器连接到超临界CO2系统的回路测试。


SNL聚光太阳能项目经理Paul Gauche表示:“SNL已经建造和试验超临界二氧化碳循环系统大约10年了,在Brayton实验室已经建成了多个超临界二氧化碳循环回路,其中包括可为客户提供测试和研究服务的三个超临界二氧化碳循环系统。”


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2015年,SNL向美国能源部太阳能技术办公室提出申请,请求其继续资助一个SunShot项目(SuNLaMP)。该项目是规模更大的第3代粒子中试装置(G3P3)光热发电研究项目的前身,其目标是建立一个带有集成超临界二氧化碳循环系统回路的下落粒子接收器系统,以证明使用聚光集热系统加热的颗粒介质可以使超临界二氧化碳循环系统工作温度达到700℃以上。上述研究和测试是SuNLaMP项目的延续。


资深科学家Cliff Ho博士是负责这些项目的主要研究员。据他介绍,集成测试系统将包括以下组件:下降型粒子接收器、颗粒介质到超临界CO2热交换器系统、超临界CO2回路、超临界CO2回路的间接空气冷却系统。


Cliff Ho表示:“这个集成系统是独一无二的,它将利用阳光将粒子加热到约800°C,然后通过一级热交换器将热量传递到工作流体中。这种换热器在全球首次实现了可以在设计温度大于700°C、压力大于20兆帕的情况下,将热量从移动填充床中的颗粒传递给超临界二氧化碳介质。”


按照美国能源部的计划,超临界CO2循环技术将应用于下一代光热发电技术,以进一步提升系统效率,并最终降低光热发电成本。目前相关的测试正在NSTTF进行,使用的是1978年建造的美国第一座聚光太阳能塔。该塔80万磅重的电梯承载能力允许研究人员建造大型实验装备并将其提升到塔顶。


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图:安装在颗粒接收器组件中的热交换器


研究背景:


下降粒子接收器(Falling particle receiver)技术之所以吸引了研究者的关注,是因为其可以在较高温度下高效集热并存储热能,而不会发生任何分解。这解决了传统熔盐吸热储热在高温下运行会升华为气体而散失的一大弊端。


这种热量接收器的实验型样机在Sandia实验室开发完成,像沙子一样的陶瓷颗粒通过一束被聚焦的太阳强光照射后就能获取和存储太阳热能,这些粒子吸热后被存储至下部的一个保温绝热箱内进行储热和发电。该技术的运行温度可达将近1000摄氏度,如此高的运行温度将有效提升集热效率,降低储热成本。因为同样的储热量,温度越高则需求的储热介质越少。


塔式光热电站目前一般采用水或熔盐作为工质,运行温度不会高于550摄氏度,热电转化效率不会高于40%。而这种下降型粒子接收器的高温运行优势十分明显,采用上述吸热储热技术可显著提升塔式光热电站的热电转换效率至50%甚至更高。


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