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陶瓷颗粒塔式光热系统为意大利面食工厂提供热蒸汽

2020.11.19 来自:CSPFocus光略咨询

明年将在意大利动工的的塔式太阳能光热(CSH)系统将为工业用热带来一种新的高温技术。

几家欧洲公司将在意大利Foggia地区一家百利来(Barilla)面食工厂中合作建造一个陶瓷颗粒塔式光热示范项目(HiFlex)。该项目将使用德国宇航中心(DLR)开发的离心太阳能技术来为工厂面食干燥提供热量。


在德国进行的测试中,DLR的离心式吸热器出口处颗粒温度达到了965°C,相比之下,传统的聚光太阳能系统吸热器出口为565°C。更高的温度提高了系统效率,并且DLR计划于2021-2022年在新墨西哥州桑迪亚的国家太阳热能试验基地(NSTTF)测试超过1000°C的温度。

HiFlex项目首次将陶瓷颗粒吸热器和定制的蒸汽发生器集成到一个系统中。项目还将证明该集成设计可用于高效朗肯循环发电。该项目将从欧盟的Horizon 2020研究计划中获得1,350万欧元(合1,600万美元)的赞助,团队成员包括来自7个国家的11家公司。

HiFlex每年将产生3,360兆瓦时的热能,约占工厂年度热需求的6%,从而减少了对天然气的依赖。

像百利来这样的公司必须减少在取暖以及电力供应中使用化石燃料,以实现减碳目标。百利来拥有众多面食,面包店和酱料品牌,并在全球范围内拥有九家面食工厂。该公司2019年度有165GWh(590GJ)的热能需求来自于可再生能源。

百利来负责安全,环境和能源的副总裁卢卡·鲁尼(Luca Ruini)表示:“这种类型的系统可以安装在我们所有的面食工厂中。”他说,该技术还可以在诸如调料生产等其他需要过热蒸汽的食品生产过程中进行测试。

DLR粒子系统技术部门负责人Martina Neises-von Puttkamer表示,DLR还在研究将其应用于需要高温加热的其他行业,例如采矿和冶金业。在由欧盟资助的PREMA联合体中,DLR已经在测试利用工业气体副产品和太阳能,以减少锰生产中的碳排放。Martina说:“发电是另一个主要的应用目标。”

塔式系统

HiFlex系统的镜场面积为6000平米,通过定日镜将太阳光聚集到安装在集热塔上的陶瓷颗粒吸热器。吸热器旋转,施加离心力以使深色铝土矿颗粒(一种砂状材料)沿室壁运动。

作为传热介质(HTM),铝土矿可以在400°C至1000°C的温度范围内运行。这是传统熔融盐聚光太阳能系统所能达到的温度范围(290至565°C)的两倍,从而提高了热效率。


HiFlex系统将配备一个2.5MWth的吸热器,一个20MWh的热能存储系统和一个0.8MWth的蒸汽发生器,该蒸汽发生器可以产生620°C的蒸汽。该系统将在中午左右产生2.5兆瓦的峰值热能,通过储热系统,可以连续24小时满足800kW的供热。

降低压力和温度后,可以给百利来工厂提供135°C的工业热蒸汽。Neises-von Puttkamer说,将通过该系统对一些关键性能指标进行分析,包括入射的太阳热通量,吸热器的进出口温度以及颗粒的质量流。她说:“通过以上分析可以得出吸热器的性能,比如热效率。”

蒸汽发生器的性能也会重点关注,该蒸汽发生器必须承受每分钟高达15°C的温度变化梯度以及顶部和底部之间超过600°C的温差。
 
设计压力

HiFlex的高温颗粒系统需要专门的蒸汽发生器设计。联合体成员John Cockerill将提供详细设计,而Sugimat负责制造该系统。基于试点项目的特殊要求,该蒸汽发生器相对较小,其尺寸为1.5米长,1.8米高。它也将由与传统蒸汽发生器不同类型的钢制成。Sugimat的技术服务和研发总监Xavier Mas说:“已经考虑了不同的因素,例如交换器内部达到的温度,导热系数和热流密度等。” John Cockerill的设计工程师兼项目协调员Antoine Guillick表示,蒸汽发生器顶部和底部之间的温度差异很大,给管板带来了很大的热应力。

John Cockerill正在研究将U型管板垂直分割成小的U形块,从而将温度梯度分解成较小的部分。“这种设计尚未得到验证,” Guillick指出。管子将由镍超合金材料制成,而不是常规合金钢或不锈钢,以承受更高的温度。

疫情影响

蒸汽发生器将在西班牙瓦伦西亚的Sugimat工厂生产。在如此众多的项目合作伙伴的支持下,有效的信息交换至关重要,而COVID-19疫情的限制不可避免地拖延了某些活动。为发电机采购钢材一直是一个挑战,因为一些钢铁制造商在疫情期间停止了生产。Mas说:“这不是一种很普通的钢,需要特定的尺寸,但是幸运的是,我们已经能够在工厂中获得所需的材料。” 根据目前的计划,Sugimat将在2021年1月至2021年6月之间制造蒸汽发生器。Guillick说:“我认为我们已经步入正轨,主要设计问题在明年一月份将得到解决。

本文翻译自:Solar tower at pasta plant spurs new generator design

编译之处如有不足,敬请指正!



相关线下活动:


第十一届光热发电中国聚焦大会2020(2021年3月,中国北京)

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