中國儲能網訊：據悉，美國能源部（DOE）擬通過Small Business Vouchers（SBV）計劃撥給阿貢國家實驗室一筆經費，用以支持其對Terrafore公司所研究的創(chuàng)新型膠囊式相變熔鹽儲熱技術進行進一步大規(guī)模獨立測試。利用該創(chuàng)新型儲熱技術可實現儲熱和換熱兩過程在一個單獨儲罐中完成，而且系統運行溫度可超過800°C。
據悉，當了解到有望獲得能源部的資金支持后，阿貢國家實驗室的科學家們目前已與Terrafore公司首席執(zhí)行官Anoop Mathur接洽并提出實驗申請。事實上，早在2008年9月美國能源部就曾撥付給Terrafore180萬美元經費，用于支持其研究混合熔鹽流動和傳熱特性，以及評估熔鹽相變蓄熱的潛力。
Mathur表示：“我們之前在美國西南研究院已經證明了膠囊式相變熔鹽在370°C條件下的可靠性，而阿貢國家實驗室的獨立測試則將進一步證明，這些熔鹽膠囊表面的特殊涂層能夠承受試驗設備所施加的高溫和高壓考驗?！?
相比傳統雙罐儲熱系統單位體積熱容高出50%
Mathur進一步補充說：“我們的膠囊式相變熔鹽儲熱技術已經具備了商業(yè)化實力，我們有信心將該技術應用于分布式規(guī)模的迷你塔式、碟式光熱電站以及使用超臨界二氧化碳循環(huán)技術的新一代光熱電站。”
Mathur將其設計的密封式熔鹽膠囊命名為TerraCaps，若采用該技術儲熱裝置將無須采用目前常規(guī)的雙罐設計（冷罐與冷罐），僅使用單罐即可。據悉，單個罐體即可同時實現儲熱和傳熱，而且相比目前光熱電站常見的雙罐熔鹽儲熱系統，這種膠囊式相變熔鹽儲熱系統單位體積的熱容量可以高出50%。而得以實現單罐完成傳儲熱技術的關鍵是膠囊要在其內部熔鹽融化膨脹時為其提供充足的內部空間。
Mathur指出，正是膠囊內部的熔鹽以及充足的空間保證了單位體積儲熱容量的大幅提升，部分熔鹽熔化后體積可變大25％左右。由于導熱性較低，熔鹽在換熱方面效率不高且換熱時需要足夠大的接觸面積，而將熔鹽裝在小膠囊中則可增大比表面積，幫助維持發(fā)電系統所需的高傳熱效率。
膠囊內的空間如何形成？
據Mathur介紹，在直徑幾乎不到1英寸的膠囊中制造空間的過程十分有趣。首先會在高溫條件下把一種變成氣態(tài)的聚合物包裹在熔鹽顆粒【采用流化床造粒裝置制取】表面形成涂層，然后將被涂層包裹的鹽壓縮成像黏土一樣并形成膠囊狀，接著再利用化學氣相沉積法為膠囊“穿上”一個鎳基金屬“外套”——耐高溫涂層。需要注意的是，根據應用溫度不同要選擇不同的耐高溫復合涂層。
接著加熱膠囊，這時熔鹽表面附著的聚合物將再次變成氣體并通過氣孔逸出，同時也使膠囊內部留下了一些孔隙，為鹽在加熱和冷卻時的膨脹和收縮創(chuàng)造空間條件。最后再將一種特殊的涂層附著在膠囊表面以密封氣孔并使其牢固?！驹敿氝^程見下列組圖】
Step1
Step2
Step3
Step4
阿貢國家實驗室的進一步測試有望將該技術推向大規(guī)模商業(yè)化應用階段。
Mathur表示：“現在我們已經證明了這項技術的可行性并做好了商業(yè)化應用的準備，這是一項巨大的技術突破。此前雖然有許多研究人員一再嘗試通過使用鹽的相變原理來達到增加儲能密度的目的，許多公司也在嘗試利用熔鹽相變，但都在換熱與傳熱方面遇到了一些技術難題?！?
膠囊式相變熔鹽儲熱技術如何實現單罐傳儲熱？
據了解，這種獨創(chuàng)性的類似彈珠形狀的膠囊可以幫助人們輕松實現單罐傳儲熱。膠囊內通過封裝三種不同成分的無機鹽可以賦予它們不同的熔點。
三種不同的膠囊需要分層放置，熔點最低的膠囊置于罐體底部，熔點最高的膠囊則置于頂部，從頂部到底部形成熱串聯。太陽能吸熱器收集的熱量通過傳熱介質從上至下流至罐中與膠囊換熱后冷卻。反之，需要使用膠囊中儲存的熱量時，傳熱介質則采用從下到上的換熱路線。最終通過此技術可以實現單罐體取代雙罐以及換熱器，從而實現降低成本與提高效率的目的。
另一方面，由于單位體積熔鹽的表面積增大，因此換熱面積也得到擴大，這也是該技術實現成本下降和效率提高的原因之一。Mathur透露：“三種鹽的混合使用可使超過93％的相變熱被有效儲存并保持恒定的溫度為發(fā)電系統供能?！?
或與超臨界CO2等熱氣體介質聯合測試
據悉，在阿貢國家實驗室將要進行的測試中，將采用熱空氣介質而非蒸汽，并且將只使用一種鹽：氯化鈉（食鹽）或氯化鎂。同時，科學家還會利用空氣或氦氣驅動的斯特林發(fā)動機和布雷頓循環(huán)系統進行試驗，運行溫度可達800°C以上，這個溫度將遠遠高于目前一般商業(yè)化光熱電站的運行溫度。
因為測試條件為超高溫高壓，因此該測試也將適用于超臨界二氧化碳技術。
Mathur表示：“使用熱空氣的好處是，如果熱空氣在測試中行的通，那么超二氧化碳也會行的通。超臨界二氧化碳是一種類似空氣的氣體，但承壓程度有別于空氣。如果這些涂層足以抵抗熱空氣的外力，那么它們也應該能夠承受住超臨界二氧化碳的壓力。”
斯特林光熱發(fā)電技術的福音？
目前，采用斯特林發(fā)動機和布雷頓循環(huán)技術的光熱電站并非主流，因為從發(fā)電效率角度看其與塔式電站相比優(yōu)勢不明顯，從穩(wěn)定性角度看則跟槽式存在一定差距。
但是，碟式斯特林光熱發(fā)電系統或布雷頓循環(huán)微型塔式電站可以以較低的成本實現高達32％的光電轉化效率。與光伏一樣，它們也可以實現分布式和模塊化，并在較小規(guī)模范圍內產生成本效益。但相比槽式和塔式電站，其主要缺陷是目前還沒有非?？尚胁⒕哂休^高經濟性的配套儲能方案。
但是，通過采用Terrafore公司上述膠囊式相變熔鹽儲熱技術的單罐儲熱系統或可改變這種不利局面。
與光伏類似，碟式斯特林發(fā)電系統可以直接發(fā)電，比較適合模塊化應用。目前，Mathur正在研究單機15KW的斯特林發(fā)電系統結合膠囊式相變熔鹽單罐儲熱系統的綜合系統應用于島嶼和農村的小型高效模塊化離網系統的市場前景，這種極具經濟性的膠囊式相變熔鹽單罐儲熱系統將可使整體系統實現穩(wěn)定電力輸出。
據Mathur透露，目前該司已成功將工作溫度在370℃至800℃甚至更高一些的熔鹽產品應用于其創(chuàng)新型膠囊相變熔鹽儲熱技術。
而且，這種創(chuàng)新型膠囊相變熔鹽儲熱技術將不僅僅適用于超臨界二氧化碳系統或斯特林發(fā)電系統。Mathur表示，這種新技術也可以適用于槽式光熱電站并能有效降低投資成本并提高發(fā)電效率。對此Mathur解釋道：“不同種類的鹽都適用我們的技術，采用熔點為650°C左右的鹽可以用于使用超臨界CO2循環(huán)系統的新一代光熱電站，而熔點低一些的鹽則可以用于目前主流的塔式和槽式電站，而且該技術的應用可以讓單罐設計取代常規(guī)的雙罐儲熱系統。”
附：英文原文鏈接：US Department of Energy funds Terrafore’s Phase Change Energy Storage Test designed to operate in temperatures to greater than 800°C
