資本支出降32%!運營支出降40%!這種超臨界介質將大幅降低光熱發電成本
發布者:lzx | 來源:?CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 1652查看 | 2020-04-03 11:12:05    

CSPPLAZA光熱發電網訊:據外媒近日報道,由歐盟委員會及歐盟“Horizon 2020”研究及創新計劃聯合出資研發的Scarabeus項目正在穩步推進,按照計劃目前相關研究人員正在開發一種創新型混合流體,可以大幅提升超臨界二氧化碳(sCO2)光熱發電系統的循環效率。


據悉,這項耗資500萬歐元(約合550萬美元)的SCARABEUS項目將嘗試在純CO2中添加少量選定元素,以提升光熱發電系統的發電效率,使其超過基于蒸汽或傳統sCO2系統所能達到的水平,該項目小組的研究目標是:到2023年可以證明二氧化碳混合流體可以比傳統蒸汽循環減少32%的資本支出(Capex)和40%的運營支出(Opex)。


可將系統運行溫度提升50-60℃


塞維利亞大學能源系統教授、斯卡伯斯大學發言人David Sanchez告訴外媒,SCARABEUS項目專注于動力循環的冷段-冷卻和壓縮等環節,而這種混合介質思路可將光熱發電系統中工作流體的臨界溫度提升50-60℃。


Sanchez表示,SCARABEUS團隊目前正在對選定的二氧化碳混合物進行模擬,現有結果表明相關經濟和技術目標均可以實現。下一步,團隊將進一步擴大現有的混合物組合,并證明這些混合物的熱穩定性。


對于光熱發電系統來說,實現較高的運行溫度正成為進一步提升系統效率并降低成本的關鍵,因此也是近年來全球相關研發團隊的工作重點。


相比傳統使用導熱油作為傳熱介質的槽式電站,目前商業化的塔式光熱發電系統往往使用熔鹽作為傳儲熱介質,系統工作溫度提升至565℃左右,而更多研發團隊在追求更高系統運行溫度并試圖將相關技術推向商業化。


去年,通用電氣(GE)和西南研究院(SWRI)的工程師完成了世界上最高溫度sCO2渦輪機的測試,在700℃左右的運行溫度條件下,10MW的渦輪機產生了接近50%的熱效率,遠遠高于傳統光熱發電系統所達到的35%-40%的水平。


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圖:超臨界二氧化碳渦輪機


此外,美國Heliogen集團最近通過利用更先進和更精確的定日鏡校準技術,使光熱發電接收器溫度超過1000℃。與此同時,德國DLR正在開發一種離心光熱發電接收器,其接收器出口處的顆粒溫度已可達到965℃。另外,法國的CNRS已經開發了一種流化床接收器,其顆粒溫度已經超過900℃。而在西班牙,歐盟H2020的“太陽到液體”研究小組建設的化學反應器接收器已經實現了超過1400℃的溫度。


可有效降低項目投資


據悉,通過二氧化碳混合物達到的較高臨界溫度允許光熱發電系統在較高環境溫度下使用冷凝朗肯式循環,SCARABEUS團隊的目標是功率循環轉換效率超過50%,而常規sCO2系統在類似情況下則必須采用效率較低的布雷頓型配置。


而在布局方面,SCAREBEUS項目設計的冷凝朗肯式循環系統只需要一個回熱器和一個換熱器,相比常規朗肯蒸汽循環往往10多個換熱器的配置要簡單得多。


而且,據正在領導該項目渦輪機械研究工作的倫敦城市大學方面介紹,混合工作流體的思路也允許在渦輪機械中使用泵而不是壓縮機,這可以有效降低功耗和設備尺寸。


David Sanchez表示,更高的循環效率可以使光熱發電系統配置更小的光場和儲熱系統,因此可以大大減少資本支出。


可進一步提升光熱發電的適用領域


除了可大幅減少電廠資本支出,該項技術也將使光熱發電的部署區域有望進一步擴大。


在冷卻方面,該CO2混合介質將提升流體的露點溫度,露點溫度的提升可允許電站采用空/風冷冷凝(ACC)系統的冷卻方式來替代常規的水/濕冷卻循環(WCC),空冷取代水冷使設計更加簡單,消除了對水循環和相關泵送設備及冷卻塔的需求,零耗水也降低了運營成本和環境影響,最終達到降低成本并優化電站整體性能的效果。


據研究人員介紹,改用ACC系統除了可將使資本支出和運營支出減少約3%之外,還對中東和北非等新興光熱發電市場非常有利。在這些地區,氣溫經常超過二氧化碳的自然臨界溫度,而當地水資源非常缺乏,使用水冷成本極其高昂。


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圖:全球年平均氣溫(來自威斯康星大學)


David Sanchez指出,混合二氧化碳流體設計所帶來的成本降低使光熱發電系統部署在更多直接輻射指數(DNI)較低的地區也成為可能。


SCARABEUS項目研發背景:


隨著光伏和風電的快速發展和大規模部署,成本相對較高的光熱發電生存空間被進一步壓縮,快速實現降本勢在必行,而目前備受全球光熱發電行業關注的超臨界二氧化碳光熱發電技術的不斷突破有望為行業突破成本瓶頸帶來較大助力。


研究表明,提高動力循環的熱效率是降低光熱發電系統的平準化能源成本(LCOE)的關鍵。傳統光熱發電系統的熱效率一般為35%至40%,而配備超臨界二氧化碳(sCO2)動力循環的光熱發電系統可實現近50%的熱效率。


在歐盟(EU)的資助下,包括西班牙可再生能源巨頭Abengoa在內的9家單位(5家大學與4家公司)參與了SCARABEUS項目的科研工作。

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