太陽的光線出現(xiàn)在生活中的每一個地方，人們的生活已經(jīng)離不開太陽，太陽能不僅為植物生長提供光源，而且也能為人類提供能源，現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽能，目前，沙特國王大學(xué)(KSU)Al-Ansary團(tuán)隊正聯(lián)合美國桑迪亞國家實驗室(SandiaNationalLaboratories)在該國利雅得附近開展塔式光熱發(fā)電粒子吸熱器(PHR)的技術(shù)研究工作。

據(jù)了解，上述研究屬于新型太陽能熱發(fā)電技術(shù)，其工作溫度可達(dá)到1000°C左右，幾乎是目前熔鹽塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)工作溫度(565°C)的兩倍，有望在提高系統(tǒng)工作效率的同時降低光熱發(fā)電成本。

冷熱罐均可安裝在集熱塔內(nèi)部

太陽能發(fā)電

與塔式熔鹽光熱電站中的儲罐布置方式不同，采用粒子吸熱器的光熱電站的熱罐和冷罐可以與換熱器一起安裝在集熱塔的內(nèi)部，這樣可以減少泵的使用，從而降低相關(guān)成本。

在一座采用粒子吸熱器的裝機(jī)20MW的塔式光熱電站中，集熱塔高150米，直徑約30米，儲罐可垂直安裝于集熱塔內(nèi)部，冷罐的位置大約在集熱塔中部，在此情況下，只需將吸熱顆粒從塔身中間泵到頂部對其進(jìn)行加熱。

同時，桑迪亞國家實驗室研究小組展開了一項創(chuàng)新測試，他們通過設(shè)置一種人字形障礙物，減緩了沙粒的下降速率。如果沒有障礙物的話，即使只有1米高的落差，沙子的下降速度也會增至5m/S或6m/S。

在集熱過程中，受阻的粒子流在吸熱器的各個集熱面都會維持密集的“粒子簾”狀態(tài)，并吸收太陽輻射。

Al-Ansary團(tuán)隊的研究人員發(fā)現(xiàn)，由于人字形障礙物的設(shè)置，在實驗室狀態(tài)下，粒子溫度達(dá)到了約1000°C，而且沒有出現(xiàn)沙粒結(jié)塊現(xiàn)象，甚至在小試裝置中也達(dá)到了700°C以上的溫度。

沙子或為最佳粒子選擇

配置儲熱系統(tǒng)的塔式光熱電站順應(yīng)未來低碳發(fā)展的需要，并能實現(xiàn)24小時發(fā)電。粒子吸熱器技術(shù)有可能降低塔式光熱發(fā)電的成本，因為它可以將現(xiàn)有565°C的熔鹽工質(zhì)運(yùn)行溫度提高近一倍。

高溫意味著高效。粒子吸熱器能夠與高效率的超臨界二氧化碳和吸氣式布雷頓動力循環(huán)相匹配，使太陽能在高溫?zé)峄瘜W(xué)過程中取代化石燃料，比如滿足在800°C的溫度下分解水以提取氫氣或在1300℃下的噴氣燃料中制造碳中性太陽能燃料。

目前，研究人員已經(jīng)研究了多種類型的粒子，而在此過程中，沙子的低成本優(yōu)勢得以顯現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)輸出功率為5MW時，這種粒子吸熱器將需要2000噸沙子進(jìn)行循環(huán)工作。

Al-Ansary團(tuán)隊指出，我們對沙子工質(zhì)十分感興趣，因為無論用量多大，你都無需考慮其成本問題;一定程度上來說，一些材料，特別是工程粒子可能在初始投資中占據(jù)相當(dāng)?shù)谋戎?當(dāng)你需要數(shù)千噸工程粒子時，你可能需要投入較高的資金。如果某一天人們能高效利用太陽能，相信能解決很大的能源問題，畢竟太陽能是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的，能保證人類的永續(xù)發(fā)展，需要我們科研人員更加努力。