外媒报道，德国宇航中心（DLR）正在通过Pegasus项目，研究一种新型的聚光太阳能热发电技术，将太阳能储存在硫内。这种技术作为一个自包含的循环运行，但其实际优势在于其他地方：它不仅在没有任何温室气体排放的情况下产生电力，而且可以帮助化学品行业和农业的脱碳。
项目协调员 Dennis Thomey先生在接受en:former记者采访时，对该技术进行了介绍。
项目协调员 Dennis Thomey
问：Thomey先生，您正在研究的太阳能热化学硫酸发电项目，为此需要多少化学的技术？
答：正是物理和化学的相结合才使PEGASUS项目变得如此苛刻。但我认为这项技术的大部分优点和缺点都可以在不深入科学的情况下进行解释。
问：那么我们首先从太阳能吸热器开始进行分析。
答：太阳能吸热器，就是将收集到的太阳辐射转化为热量，然后将热量转移到储热介质中以供进一步使用。一个典型的塔式太阳能热发电项目，就是将太阳能吸热器位于塔上，而吸热塔周围地面上的数千个定日镜将阳光聚焦在吸热器上。
在传统的太阳能光热电站中，目前一般使用熔盐作为储热介质，利用热量产生蒸汽来驱动涡轮机，然后涡轮机通过发电机发电。
问：太阳能吸热器是太阳热利用系统的一部分，这也适用于PEGASUS项目，但因为使用的储热介质不同，故传统的吸热器也不适用。您在DLR太阳能研究所位于Jülich的塔式试验电站已经开发了适用于不同储热介质的太阳能吸热器，是吗？
答：没错。我们使用直径约一毫米的陶瓷颗粒，在离心颗粒吸热器中加热。我们在Jülich塔式试验电站开发了这项技术，并作为 PEGASUS 项目的一部分对其进行了进一步完善。使用CentRec®技术（2014年5月8日，DLR开发的CentRec的离心式塔式吸热器），颗粒被送入旋转室并通过离心力压在其内表面，在那里它们形成约3毫米厚的颗粒膜，由集中的太阳辐射加热。
图：PEGASUS项目使用的颗粒吸热器安置在Jülich试验电站上（©DLR）
与熔盐相比，铝土矿颗粒更容易处理，也不会对健康造成危害，也没有腐蚀性，因此可以简单地储存在绝缘容器中。然而，相比熔盐的550℃温度，铝土矿颗粒可达到900℃甚至更高的温度。因此，在PEGASUS项目中开发的创新反应器中有必要的对硫酸进行热分解。
这就是化学反应开始的地方……
来自陶瓷颗粒的能量加热反应器，分几个步骤分解硫酸。与此同时的另一个步骤，即用歧化反应产生纯硫，其两种副产品是氧气和水。
为了回收储存的热能，硫可以在传统工厂中燃烧并转化回硫酸。几十年来，这些发电厂的余热已用于发电。
但是在PEGASUS项目中，我们开发了一种新型硫燃烧器，它在更高的压力下运行，因此，适用于高效的燃气和蒸汽涡轮发电厂。
问：熟悉 power-to-x 技术的人都知道化学反应中存在转化损失。但是，在需要燃料能量密度的运输部门等应用中，所消耗的能量是值得的。硫如何作为储热介质的？
答：当单晶光伏电池板的光电转换效率为22%时，是在理想的阳光条件、没有云的情况下；但是光伏系统只使用特定频率的太阳辐射，并且只能在晴天运行。相比之下，太阳能热发电站使用整个光谱并在没有阳光的情况下储存热量以供运行。我们硫酸发电厂的电力转换效率几乎达到10%。
问：尽管如此，PEGASUS的发电效率仍然低于现有的太阳能热发电年均15%到20%的效率。那么，硫酸介质的电站优势在哪里？
答：传统的太阳能光热电站可以白天储存能量，晚上发电。这使它们成为补充光伏发电的理想选择；在此基础上，硫酸介质的电站还可以作为季节性储能解决方案。根据我们的计算，位于撒哈拉等阳光充足地区的PEGASUS系统每年可以运行50至51周。 理论上，它是可以一年365天运行，但这并不经济，因为存储设施必须非常大。除非生产的硫被出口。虽然从撒哈拉沙漠向德国输送电力并非易事，但纯硫易于存储，可以很容易地运输并成堆存放在户外，直到使用为止。
图：像塞维利亚附近太阳能热发电站，比太阳能热硫酸电站效率高得多©Novikov Aleksey，shutterstock
问：这样可以抵消效率上的劣势吗？
答：不。但硫酸的还是有优势的。世界上没有其他化学品像硫酸一样可以大批量生产。它主要用于生产肥料，也用于化学工业的其他用途。迄今为止，硫酸几乎完全使用原油生产。在使用过程中，例如在肥料生产中，它会受到污染，在再次使用之前必须再次处理。然而，一般来说，它会被简单地处理掉，因为精炼厂可以生产足够便宜的硫酸。
但如果未来几年石油的使用和加工越来越少，对回收硫酸的需求就会自动增加。这就是我们适合的地方：我们的硫酸反应器还可以分解受污染的硫酸。发电后，我们又得到纯硫酸。因此，整个PEGASUS不仅是一个发电厂，它还是一个硫酸回收厂。
图：因为易于存储，纯硫可以成堆地储存在户外© SIAATH，shutterstock
问：您认为您的客户群实际上不是电力生产，而是化工行业吗？
答：硫酸行业必须成为我们技术的推动力，而更便宜的技术可用于纯发电。但是，能源转型中许多悬而未决的果实已经收获：利用50%的风能和光伏份额来确保供应很容易，但超过50%就变得更加困难。光热发电技术在中欧没有机会，额外的水电容量也有限。因此，对于接下来的50%，我们需要更不受天气影响的储存和无碳发电厂。
但更重要的是，应对气候变化的斗争不仅仅是能源转型，能源转型本身不仅仅涉及可持续发电。为了实现气候目标，钢铁和水泥生产商以及化工和农业等其他部门必须减少排放。因此，最终也必须在不产生排放的情况下生产硫酸。
来自五个国家的六个机构和公司参与了PEGISUS项目研发，他们是：
◐ 德国宇航中心太阳能研究所（German Aerospace Center Institute of Solar Research）
◐ 希腊气溶胶和粒子技术实验室、化学过程和能源研究所研究和技术中心（Aerosol and Particle Technology Laboratory, Chemical Process and Energy Resources Institute, Centre for Research and Technology Hellas）
◐ 卡尔斯鲁厄理工学院 (Karlsruhe Institute of Technology 简称KIT) Engler-Bunte-Institute
◐ Baltic Ceramics S.A.
◐ Processi Innovativi Srl
◐ 以色列BrightSource Energy
问：不断增长的硫酸回收需求是否足以使PEGISUS技术盈利？或者您还需要更高的二氧化碳价格？
答：仅需求是不够的，因为会有更便宜的替代品出现。实际上，关键是二氧化碳价格。根据我们的计算，太阳能硫酸光热电站的价格必须为每吨二氧化碳150 欧元左右才能盈利。
问：欧洲 EU ETS 系统中的二氧化碳价格最近飙升，在9月底价格在60欧元左右波动。所以您还有一些时间来优化这项技术。您认为PEGASUS何时会为市场做好准备，反之亦然？
答：的确，我们在开发这项技术方面仍有工作要做。例如，我们必须实际建造工业规模所需的反应堆。我们认为，第一个真正的太阳能硫酸发电厂建成还需要10到15年的时间。
英文原文：https://www.en-former.com
翻译：董清风
