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      100GWh!可實現20個光熱電站共享!MIT提出超大規模長時儲能設想
      發布者:admin | 來源:CSPPLAZA光熱發電網 | 1評論 | 12022查看 | 2021-04-15 18:42:46    

      CSPPLAZA光熱發電網訊:據SolarPACES消息,目前美國麻省理工學院(MIT)提出了一個非常大規模的長時間儲能(long duration energy storage,簡稱LDES)設想——建設一個長1公里、寬60米、有蓋的中央儲能容器,內置20米深的巖石用于儲熱。如果把這些巖石首尾相連的話,大約有10個足球場那么大。



      按照設想,儲能系統作為共享儲能區,而光熱電站則分布在其周圍,通過槽式或塔式光熱發電系統的傳熱介質(導熱油或熔鹽)來為中央儲能系統供能,儲能系統可以存儲20多個光熱電站搜集的能量,以實現為電網提供數天的可調度電力。


      這一概念由麻省理工學院核工程系的高級研究科學家查爾斯·福斯伯格(Charles Forsberg)和他的工程研究生阿里·阿爾杰弗里(Ali Aljefri)提出,目前仍處于早期研究階段。Forsberg認為,該技術還具備使核電更加可調度以更好地適應完全可再生電網的應用潛力。


      在2020年度的SolarPACES會議上,Forsberg介紹了該設想的總體思路(詳見如下視頻),并將其與美國亞利桑那州裝機250MW的Solana槽式光熱電站的儲存容量進行了比較,該發電廠的儲存容量為6小時(容量為每天1500MWh)。



      Charles Forsberg指出,Solana 1500MWh的儲能容量與新設想提出的100GWh的容量將不是一個量級的,這一新思路的主要應用潛力將在核能利用以及大型光熱發電園區方面。比如,中國擁有豐富的太陽能資源,但條件優越的地區往往比較偏僻,需要很長的直流輸電線路,而一條每天運行8-12小時的直流輸電線路是非常昂貴的,所以這些地方有很大的動力去考慮開發可全天候穩定輸出、且靈活可調的太陽能發電系統。


      LDES的更多潛在客戶


      Forsberg指出,目前美國能源部可再生能源實驗室(如NREL和Sandia等)及其核部門正在調研LDES技術,這將進一步增加LDES技術走向商業化的可能性。


      Forsberg表示:“對于該技術來說,熱源并非重點,關鍵是我們必須找到一種可以廉價儲存能源的方法。而該技術既可以用于核能,又可以跟太陽能結合,這一點非常有利。該系統甚至可以看作是一個獨立的“卡諾”電池,以熱儲存來自電網的電能。這意味著你有三個市場,所以你的商業化機會大幅上升。


      開發和部署這些東西需要大量實實在在的資金,而且像任何技術一樣,在走向商業化應用的道路上、擴大規模時不能避免會出現各種問題,但如果經濟性足夠強,就會產生經濟驅動力讓人們愿意花錢去解決這些缺陷。只要基本數據看起來足夠好,人們就愿意通過各種途徑去解決問題?!?/p>


      目標:kWh成本為2-4美元


      那么,MIT全新的LDES設想能達到什么水平呢?


      Aljefri強調,該設想目前還處于非常早期的階段,仍然是一個想法。第一階段MIT只是想證明這個想法是可行的。這是一種新的大規模存儲,我們正試圖看看集中存儲來自多個太陽能機組或核電站的熱量是否有經濟意義。所以,首先我們做的只是一個數值模型,只是為了證明這個想法是有意義的。



      據悉,他們的目標是要比現在的單一光熱電站的儲熱成本低很多,預計每千瓦時從30美元降到15美元(目前蓄電池的價格在每千瓦時幾百美元左右)。Forsberg預計,全新LDES技術的資本成本有望達到2到4美元。


      按照Forsberg的算法,光熱電站的儲能資本成本是每千瓦時30、25、20美元不等,但這僅僅是一個光熱電站的一個儲能系統和一個發電機組的資本成本。但是,如果20個槽式集熱系統(采用槽式光熱發電技術)或定日鏡場(采用塔式式光熱發電技術)只有一個電源塊和一個存儲系統,那就相當便宜了。同時,這種思路可以減掉一半操作人員,因為操作一個50MW或者500MW的蒸汽裝置,所需的操作人員數量是差不多的。


      工作原理


      按照設想,熱量將被儲存在20米高、50米或更寬、長達一公里的碎石中。而在儲能容器支撐樁的上方是一個氣密的高度隔熱的建筑,整體結構類似于飛機吊架【可參考下圖】。


      系統需要“充電”時,來自光熱電站的傳熱流體會被噴射到巖石頂部并逐步將熱量傳輸至巖石底部,冷卻之后的傳熱流體則被收集在底部的“淺鍋”中,然后被送回光熱電站進行再加熱。


      系統往外“放電”時,冷的傳熱流體被噴灑在儲能容器頂部,以吸收巖石中的熱量,被加熱的高溫流體被收集在碎石下的容器中,然后被輸送至動力系統用于發電。


      圖:工作原理(來自Forsberg MIT)


      從上圖可以看到,系統的整個運行過程將在一段一段的子系統中循環進行,子系統在每一個加熱過程之后都會有一個冷卻回收熱量過程。因此,熱量可以連續地從每個子系統依次供應到電源塊,但整個操作卻是在一個單獨的容器中進行。


      據悉,為了將熔鹽或導熱油運輸1公里至儲能“深坑”,Forsberg引用了石油行業在管道中運輸熱油方面的豐富經驗。


      Aljefri指出,在想法逐步形成的過程中,許多細節也可能會發生變化。例如,他認為還有一種思路——即光熱電站可能是一個完整的光熱發電系統,有自己的發電機組單獨發電,而只是共用儲能區;另一種思路則是上邊提到的多個光熱電站共用一個儲能區和發電機組。


      Aljefri表示:“不同的地區會有不同的需求。在阿聯酋,我們所處的氣候炎熱,夏季、冬季、夜間和白天的經濟運行狀況將決定這里的儲能用途。此外,如果有大量的光伏發電接入地區電網,那么電網系統對這種儲能系統的需求也會變得不同,何時儲能、儲能的來源都要綜合考慮經濟性來決定??偟膩碚f,儲能系統的具體設計要以確保電網更加高效為目標?!?/p>


      目前,Aljefri在麻省理工學院研究的是一個核反應堆的儲熱裝置,該裝置白天用來儲能,天黑后則對外釋放。但正如Forsberg所指出的,這種長時熱能儲存技術對核能和聚光太陽能發電均適用,甚至可以用于儲存多余的太陽能光伏或風電。


      附英文原文鏈接:https://www.solarpaces.org/100-gwh-of-long-duration-energy-storage-from-mit/

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