光热发电投资成本可骤降32%！SCARABEUS超临界二氧化碳光热技术研究取得新进展

2020.04.03 来自：CSPFocus光略咨询

在相对低廉的光伏发电和风能快速发展的当下，光热发电项目的部署似乎受到一些影响。因此，成本的下降对于光热发电行业而言至关重要。随着全球各国可再生能源渗透率的不断提高，拥有储热能力的光热发电将开辟新的机遇。

在欧洲SCARABEUS项目开展了为期一年的集中研究之际，科学家们如期开发了一种新型混合流体系统，该系统可以提高超临界二氧化碳（sCO2）光热发电站（CSP）循环的效率。

包括西班牙可再生能源巨头Abengoa在内的9家单位（5家大学与4家公司）参与了该项目的科研工作。该团队的目标是到2023年实现，与传统蒸汽循环相比，将光热电站的投资成本降低32％，运营成本降低40％。

研究人员在纯CO2中添加少量选定的元素来优化超临界流体的工况范围，从而将光热发电系统的效率提高到超过基于蒸汽或常规sCO2系统的水平。

塞维利亚大学能源系统教授兼SCARABEUS发言人David Sanchez表示，“SCARABEUS最显著的特征是专注于冷却和压缩电力循环过程中的冷却部分。光热发电系统中工作流体的临界温度可以提高到50-60摄氏度之间，朗肯循环和设计增益的使用可以实现系统在干旱、高温下的高效运转。”

Sanchez说，“SCARABEUS团队目前正在对选定的CO2混合物进行模拟，到目前为止的结果表明可以达到预设的经济和技术目标。下一个挑战是扩大可用混合物的种类，并证明这些混合物的热稳定性。”

全球年平均气温分布图

资料来源：威斯康星大学（University of Wisconsin）

SCARABEUS项目由欧盟委员会及欧盟“Horizon 2020”研究及创新计划联合出资500万欧元（约合550万美元），旨在通过超临界CO2布雷顿循环系统来提升光热电站的运行效率，同时降低光热电站成本，使其更具市场竞争力。

研究表明，提高动力循环的热效率是降低CSP装置的平准化能源成本（LCOE）的关键。传统光热发电系统的热效率一般为35％至40％，而配备sCO2动力循环的光热发电系统可实现超过50%的热效率。

与传统的朗肯和sCO2布雷顿循环设计相比，SCAREBEUS循环中的冷凝朗肯系统布局更简单。根据项目文件显示，与传统的朗肯蒸汽循环中的十多个热交换器相比，该系统使用简化的功率块，仅有一个换热器和主热交换器。

此外，混合的工作流体方法还允许在涡轮机械中使用泵而不是压缩机，从而减少了功耗和物理尺寸。系统在实现更高的循环效率的同时，还降低了对太阳能集热场布局和能量存储容量的要求，可以大大减少项目资本支出。

多个研发团队追求创新光热发电系统设计不断突破温度限制

与此同时，全球多个研究团队也在开发创新型的高温光热发电系统设计，以提高热电系统的能量转换效率并降低成本。

现在多数商业化塔式光热电站使用熔融盐作为传热介质，运行温度多限制在565摄氏度。

目前，美国布雷顿能源公司（Brayton Energy）、国家可再生能源实验室（NREL）和桑迪亚实验室（Sandia Laboratories）正在争取能源部（DOE）2500万美元的款项，用于建设温度超过700摄氏度的光热发电系统。

去年，美国通用电气（GE）和西南研究所（SWRI）联合设计并制造的全球运行温度最高的超临界二氧化碳（sCO2）涡轮机进行了测试。这台10兆瓦的涡轮机可在约700摄氏度的温度下运行，热效率近50％，远高于传统光热发电系统所达到的35％-40％水平。

此外，在比尔·盖茨（Bill Gates）的支持下，美国初创光热发电企业Heliogen开发了一个独立的太阳能发电系统，该系统采用“闭环”算法自动校准定日镜。该系统使用摄像机和先进的计算机可视化软件来更精确地对准定日镜并提高太阳能聚光效率。经测试，定日镜反射阳光精度提高后系统可实现1000°C以上的温度。

同时，德国DLR也在开发一种离心式光热发电吸热器装置，吸热器出口处的颗粒温度可达到965摄氏度；法国CNRS开发的流化床吸热器颗粒温度已超过900摄氏度；在西班牙，欧盟H2020计划下的“太阳到液体（Sun-to-liquid）”研究团队已经使用化学反应堆吸热器，温度高达1400摄氏度以上。

相关线下活动：

第十届光热发电中国聚焦大会2020（5月20-21日，中国北京）

第五届光热发电中东北非大会2020（6月23-24日，阿联酋迪拜）

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