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多国加速开发新能源蓄热系统

2015-5-19 11:30| 发布者: admin| 查看: 4135| 评论: 0|原作者: 冈崎彻|来自: 日经

  为了使光伏发电和风力发电等可再生能源的不稳定输出稳定化,临时储藏能源的蓄能装置受到了关注。其中之一就是以热能的形式储藏能源的蓄热系统。

  在日本,蓄热主要以冷暖气用途为中心,而在美国和西班牙,利用大量反光镜聚集太阳光的蓄热系统越来越多。在需要用电的时候放热,利用换热器生成蒸汽驱动涡轮机发电。美国的蓄热系统装机容量仅次于抽水蓄能电站,2015年有翻倍之势。

  志在扩大可再生能源导入的德国也开始加速开发蓄热系统。德国宇航中心(DLR:Deutschen Zentrums für Luft-und Raumfahrt)正在开发使用热泵的蓄热系统。

图1:德国DLR利用热泵稳定风力和太阳能输出的系统(制图:DLR)

  利用热泵生成的100℃左右的热,可根据需要以二进制发电转换成电力。转换时的热电转换效率约为10%。将电力转换成热储存,之后再转换为电力的热循环效率为(最初的电力);(4倍的热量);(热电转换效率10%)=40%。这是与500℃以上的蒸汽涡轮发电同等的效率。但因蒸汽涡轮无法利用这样的低温,因此可以说这是热泵的一大优点。虽然与蓄电池的输入输出效率70%相比要低,但储藏热量的蓄热材料利用水的话,能以低于蓄电池的成本构筑蓄热系统。

向多孔介质集热器聚光

  DLR在DLR尤利希研究所内设置了太阳热发电系统试验设备,在研究太阳热发电系统的基础技术。试验设备将反光镜反射的太阳光聚集到塔顶的陶瓷多孔介质集热器上(图2)。因光会透过一直到达多孔介质集热器深处,因此不仅是表面,整个集热器都能将光能转换成热能,具备不容易放热的优点。

图2:尤利希太阳热发电试验设备(摄影:作者)


  试验设备将空气用作热介质,通过多孔介质集热器边吸收周边的空气,边将空气的温度提高到680℃,储藏在陶瓷的蓄热部。然后根据需要将热导到换热器中,生成蒸汽使蒸汽涡轮发电。陶瓷的蓄热部与钢铁厂的高炉使用的陶瓷类似,在以往的应用中基本没出现过劣化。

  经热转换后的空气温度降至200℃左右,再返回塔顶,由集热器加热。据称,对空气循环,没有设置会导致成本上升的复杂机构,循环的空气为50~80%。并在讨论空气循环以外的机构。

  除此之外,DLR在科隆的热力学研究所分所也在扩展。据该研究所的Thomas Bauer介绍,5年前只有十几名研究员,而现在已经超过50人(图3)。3年前建成了新的研究设施,一直在研究显热、潜热及化学蓄热等蓄热技术。

图3:科隆的热力学研究所分所(摄影:作者)

作者系国际超导产业技术研究中心普及启发国际部部长。

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