新型固态硅储能系统或将塔式光热电站运行温度提升至2000℃

　　当前，天然气发电和光伏发电的成本都在逐步下降，各种可再生能源之间的竞争也变得日益激烈。对于光热电站开发商而言，要想在竞争中抢得先机，就必须努力降低成本。而储能技术（TES）作为光热发电的一个重要环节，则正是取得成本优势的关键因素。根据统计，目前，在全球17个在建的公用事业光热电站项目中，有15个配备了储能系统。

　　在每个电站中，由于储能系统选用的技术类型和匹配容量的不同，其在光热电站总成本中所占比例约为10%~20%。据国际可再生能源署IRENA发布数据显示，随着储能温度的逐步提高，储能系统的设计不断优化，到2025年，抛物线槽式电站的储能成本可降低38%，约26美元/kWhth；而塔式电站的储热成本则可降低17%，达到22美元/kWhth。美国能源部SunShot Initiative计划的既定目标是到2020年将储能成本降至15美元/kWhth，有研究人员认为，以目前的进度可以预测，储能部分的成本下降速度将会超出计划预期。

　　近日，欧洲研究人员最新研发出一种以新型熔融硅为主要材料的储能系统。以固态形式储热换热，有望在2019年将光热电站的运行温度提升到2000℃，从而降低光热塔的安装和维护成本。

 

 

　　有业内专家指出，从热力学角度出发，熔盐的稳定性受温度影响加大。在理想状态下，其两种主要成分硝酸钠和硝酸钾能够在600℃下保持稳定。但在实际应用中，硝酸盐在高温环境下对一般的碳钢具有很强的腐蚀性，且在427℃时会发生缓慢分解。因此，碳钢熔盐储罐决定了熔盐塔式光热电站的储能系统温度通常无法超过600℃。为了提高电站的运行效率，一些研究人员在积极寻找其他储存介质。

　马德里理工大学（UPM）太阳能研究所就在前不久公布，其领导的“Amadeus”项目的最新研究成果表明，利用硅材料的新型储热技术的储能密度能达到熔盐储能的10倍。

　　研究员Alejandro Datas介绍道，温度一旦达到一定高的水平，部分热量会在热传导过程中，经传导或对流而被转化为辐射损失掉。所以我们要尽可能淘汰流体的导热形式，转向使用更简单，效益更好的储热介质。

　　UPM研究人员认为他们的硅材料储热技术可以降低整个电站的投资成本。因为这种技术更轻巧，用料更少，所需的安装人力也更少。其中，硅和硅基合金材料的成本十分可观，有望低于5欧元/kWhth(5.9美元/kWhth)，而热电转换（TPV）装置的成本预计还不到1欧元/Watt。并且，当塔式电站中没有流动性的传储热介质后，后期的运维成本也会降低。

　　据悉，“Amadeus”研究项目由8家研究机构合作推进，预算是330万欧元。该项目为期三年，到2019年结束。

　　由于槽式光热系统的集热温度相对有限，因此，该项目的主要研究对象集中在塔式和碟式光热电站上。

　　该研发团队把硅和硅硼合金锁定为主要的储能材料。硅是地壳中第二丰富的元素，成本每千克不到2美元，并且硅潜热值（指物质在等温等压情况下，从一个相变化到另一个相吸收或放出的热量）可达1,230kWh/m3，而硅硼合金则高达2,680kWh/m3。在目前所有的储能方式中，这两种材料的能量密度最高，只有液体氢和汽油等其他燃料才可以超越它们。

　　但对于研究人员而言，这一研发过程同样具有挑战。纯硅的特性之一是在熔化时体积缩小，反过来，从液态凝固时体积膨胀。因此，研究人员需要研发出限制体积膨胀的相变材料，增加潜热值，降低熔点。

　　Datas表示，50公升的硅储能系统的储能容量堪比500公升的熔盐储能系统。

　　新型硅基储热系统的第一个样机就用在了UPM太阳能研究所的光热设备上，该设备预计在2019年完工。

　　Datas说：“我们首先会用几公升的相变材料建一个小型的实验室规模样机，储能容量约为10kWhth，这个样机将作为一个小型测试单元，用于测试Amadeus项目正在开发的不同材料和设备，”他补充道，“当整个研究项目结束后，我们的最终研究成果会形成一系列分析报告。”

　　同时，UPM中一组研究人员还组建了一家致力于科技商业化的衍生公司Silstore，计划建造一个更大的样机，专注于产品的最终应用。

　　Datas表示，我们近来正在寻找商业伙伴，当一定的资金支持到位后，我们将可能在2019年前建成第一个商业化储能样机，并使之在2020年实现首次正式运行。