工作温度1000℃！沙特拟制作全球首台光热发电粒子吸热器
现在，沙特国王大学(KSU)机械工程学教授HanyAl-Ansary正联合美国桑迪亚国家实验室(SandiaNationalLaboratories)在该国利雅得邻近展开塔式光热发电粒子吸热器(PHR)的技能研讨作业。
据了解，上述研讨归于新式太阳能热发电技能，其作业温度可到达1000°C左右，简直是现在熔盐塔式光热发电体系作业温度(565°C)的两倍，有望在进步体系作业效率的一同下降光热发电本钱。
冷热罐均可设备在集热塔内部
与塔式熔盐光热电站中的储罐安置方法不同，选用粒子吸热器的光热电站的热罐和冷罐能够与换热器一同设备在集热塔的内部，这样能够削减泵的运用，然后下降相关本钱。
在一座选用粒子吸热器的装机20MW的塔式光热电站中，集热塔高150米，直径约30米，储罐可笔直设备于集热塔内部，冷罐的方位大约在集热塔中部，在此情况下，只需将吸热颗粒从塔身中心泵到顶部对其进行加热。
一同，桑迪亚国家实验室研讨小组展开了一项立异测验，他们通过设置一种人字形障碍物，减缓了沙粒的下降速率。假如没有障碍物的话，即便只要1米高的落差，沙子的下降速度也会增至5m/S或6m/S。
在集热进程中，受阻的粒子流在吸热器的各个集热面都会保持密布的“粒子帘”状况，并吸收太阳辐射。
图：粒子吸热器技能原理
Al-Ansary团队的研讨人员发现，由于人字形障碍物的设置，在实验室状况下，粒子温度到达了约1000°C，并且没有呈现沙粒结块现象，乃至在小试设备中也到达了700°C以上的温度。
图：设置人字形障碍物减缓粒子下降速率(来历：桑迪亚国家实验室)
沙子或为最佳粒子挑选
装备储热体系的塔式光热电站适应未来低碳展开的需求，并能完结24小时发电。粒子吸热器技能有或许下降塔式光热发电的本钱，由于它能够将现有565°C的熔盐工质运转温度进步近一倍。
高温意味着高效。粒子吸热器能够与高效率的超临界二氧化碳和吸气式布雷顿动力循环相匹配，使太阳能在高温热化学进程中替代化石燃料，比方满意在800°C的温度下分化水以提取氢气或在1300℃下的喷气燃猜中制作碳中性太阳能燃料。
现在，研讨人员现已研讨了多品种型的粒子，而在此进程中，沙子的低本钱优势得以闪现。当体系输出功率为5MW时，这种粒子吸热器将需求2000吨沙子进行循环作业。
Al-Ansary指出：“咱们对沙子工质非常感兴趣，由于不管用量多大，你都无需考虑其本钱问题。”必定程度上来说，一些资料，特别是工程粒子或许在初始投资中占有适当的比重。“当你需求数千吨工程粒子时，你或许需求投入较高的资金。”
沙特电力公司助力粒子吸热器技能走向商业化
一直以来，有许多清洁动力范畴的立异性研讨在实验室研讨取得成功后，由于缺少商业化实验而导致相关技能终究“流产”。可是粒子吸热器研讨小组非常走运，他们得到了沙特电力公司的支撑，并能够积极展开相关作业。
现在，沙特电力公司正在赞助和协助研讨小组运用红砂作为吸热介质展开研讨作业，并致力于推进该项目于2018年进入商业化测验阶段，这对该技能的推行至关重要。
与熔盐储热相似，沙子每天丢失的能量不到其贮存能量的1%，可是其温度简直能够到达熔盐工质的两倍。Al-Ansary表明，这是其对粒子吸热器感兴趣的主要原因，一同他自己具有15项专利，相关研讨成果还在一些职业期刊上取得发布。
“熔盐作业温度约束在565°C左右。”他说，“可是，选用不同品种的粒子作为吸热介质，能够取得更高的温度，乃至高达1000°C。咱们小组选用不同的围护结构规划，运用简略的砌筑资料和隔热功能杰出的箱体，能够完结每天的热丢失下降到1%以下。”
全球首台商业化粒子吸热器拟于2018年年中开端制作
据了解，沙特电力公司将制作世界上第一台商业化粒子吸热器，并计划在1月和2月完结最终的原型测验后，于2018年年中付诸实施。
“沙特电力公司表明，他们正在预备下一个阶段，大约输出功率约5MW，并希望能成功发电以出售电力。”他说。
“一旦咱们完结了对KSU小型100kW电力设施的测验，且测验成果得到承认，沙特电力公司便能够展开他们的作业了。”
“事实上，沙特电力公司的部分工程师每天会和咱们一同展开研讨作业，并进行必定程度地调整。在咱们的共同努力下，咱们能够保证粒子吸热器的规划是老练的。当咱们进入第三阶段的作业时，其将彻底完结商业化。”
别的，桑迪亚国家实验室制作的光热发电体系镜场面积更大，这对前期测验起着非常重要的效果。虽然坐落利雅得的测验设备较小，可是其能够作为完好的发电体系(含换热器和燃气轮机体系)进行全流程演示。
缺少电力的沙特偏远区域市场潜力巨大
事实上，除利雅得外，沙特阿拉伯的部分缺少电力的偏远区域太阳能资源也非常丰厚(DNI值约为2600kwh/㎡/y)，适合开发光热电站。
Al-Ansary说：“沙特国家电网事业部对这个主意非常感兴趣，由于我国许多偏远区域都缺少电力，这些区域至多制作装机5MW或许10MW的燃气电站。“他们告诉我，这些区域大约需求1GW的装机量，因而他们能够制作约200座巨细的电站。”
与熔盐塔式光热发电体系不同，燃气电站运用热压缩空气进行发电，现在装机5MW的燃气电站已完结商业化使用。这种涡轮机现已过欧盟直接燃气加热接收器的测验。这种通过验证的规划与光热发电的粒子吸热器的规划概念相符合，只需在规划上进行少许更改。
正如Al-Ansary所述，这项研讨从实验室规划到走向商业化是一个不寻常的进程，需求镇定与决心。虽然立异的清洁技能关于发明一个宜居的环境至关重要，可是要完结轻松的跨过绝非易事。“可是，走运的是，咱们取得了支撑。”Al-Ansary弥补道。
