美国能源部再投1.255亿美元支持太阳能技术研发,3900万美元用于超临界二氧化碳商业化

时间:2020-02-06 18:14来源:国家光热联盟
  当地时间2月5日,美国能源部(DOE)宣布拨付高达1.255亿美元的新资金,以推进太阳能技术研究。即通过能源效率和可再生能源办公室(EERE)太阳能技术办公室,DOE继续推进太阳能技术的研究与开发,这些技术可降低太阳能成本,提高美国制造业和企业的竞争力并提高电网的可靠性。
  能源部副部长马克·梅内兹斯(Mark W. Menezes)表示: “特朗普政府继续迅速宣布为电网对清洁和可再生技术不断增长的需求提供资金的机会。” “网络安全和电网整合方面的进展是建立在以前的FOA的基础上的,其中包括新的主题以帮助农业社区以及AI技术和机器学习的扩展,只会帮助满足现在和将来对太阳能技术的需求。”
  美国能源部的太阳能技术办公室2020财年资助计划(SETO 2020)将帮助继续降低太阳能成本。此外,项目将解决太阳能行业面临的主要新兴挑战,包括启用太阳能和储能,增强网络安全保护,制造,开发太阳能微型电网以及将太阳能与农业相结合。
  能源效率和可再生能源助理部长丹尼尔·R·西蒙斯(Daniel R Simmons)表示:“我们为可再生能源,交通运输,能源效率和制造领域的这些新的融资机会感到高兴。” “我们期待与国家实验室和私营部门合作伙伴合作,为美国家庭和企业推广清洁,负担得起的可靠能源。”
  该资金将支持以下领域的技术创新:
  光伏(PV)硬件研究:1500万美元,用于8-12个项目,旨在延长光伏系统的寿命并降低由硅太阳能电池以及薄膜,串联和钙钛矿太阳能电池等新技术制成的太阳能系统的硬件成本。
  集成式热能存储和布雷顿循环设备示范(集成式TESTBED):3个项目,投资3,900万美元,这些项目将开发一个试验场,以加速超临界二氧化碳功率循环的商业化,这是低成本集中式太阳能发电厂的关键组成部分。
  太阳能演化与扩散研究3(SEEDS 3):1000万美元,用于6-8个项目,这些项目将研究信息如何流向利益相关者,以使有关太阳能和其他新兴技术(例如储能)的决策更加有效。
  制造创新:硬件孵化器– 1400万美元,用于7-9个项目,这些项目将把创新产品构想从原型推进到商用前阶段,目的是为支持强大的美国太阳能制造行业和供应链的产品提供支持。
  系统集成:为7-11个项目投资3000万美元,这些项目将开发可复原的社区微电网,以在人为或自然灾害后维持电力并恢复电力,提高光伏逆变器和电力系统的网络安全性,并开发与其他电力公司协同运行的先进混合电站资源,以提高可靠性和弹性。
  太阳能和农业:系统设计,价值框架和影响分析– 650万美元用于4-6个项目,这些项目将推进农民,牧场主和其他农业企业将太阳能和农业共地安置所需的技术,研究和实践。
  侧重于机器学习的太阳能人工智能应用:600万美元用于8-12个项目,鼓励AI专家与太阳能行业利益相关者之间的合作,以开发整个太阳能行业价值链的颠覆性解决方案。
  小型太阳能创新项目(SIPS):光伏和聚光太阳能发电(CSP)– 500万美元用于15-20个项目,这些项目推动了光伏和CSP创新和新颖理念的产生,它们可以在第一年的业绩中取得显著成果。
  美国能源部(DOE)拨付1.255亿美元资金推进创新型太阳能项目的研发,其中向光热发电相关研发项目拨付约4400万美元。值得一提的是,拨付光热发电相关项目的资金中绝大部分(3900万美元)将用于推进超临界二氧化碳布雷顿循环技术商业化,以助力美国实现尽快降低光热发电成本的目标。
  按照DOE的目标,到2030年含12小时储热系统的光热发电成本将降低到50美元/兆瓦时(5美分/kWh,约合RMB0.35元/kWh),而尽快推进超临界二氧化碳布雷顿循环技术商业化则是实现该目标的重要措施之一。
  据悉,本次拨付的3900万美元将用于一到两个研发项目,以建设和演示超临界二氧化碳布雷顿循环技术,相关系统需实现在550°C到630°C之间实现热能储存。
  DOE对此表示,本课题的目标是加速超临界二氧化碳布雷顿循环技术走向商业化,并为公共事业运行商和光热电站开发商提供运营经验。
  本世纪以来,在能源、环保问题加剧的情况下,超临界二氧化碳布雷顿循环技术已引起各国广泛关注。美国在这方面尤其积极,美国能源部(DOE)于2011年开始实施太阳能应用领域的“Sunshot”攻关计划,该项目中的超临界二氧化碳布雷顿循环系统研发项目的主体项目为10MW超临界二氧化碳发电机组项目研发和测试,由美国桑迪亚(Sandia)国家实验室-核能系统实验室(NESL)承担相关的实验研究。
  在技术成熟度和应用领域推进规划方面,美国能源部(DOE)已开展实施10MW示范项目时即讨论了市场应用和推进时间表。该计划主要分为以下进程:
  2015~2020年,实现在工业余热利用领域的应用,效率超过ORC循环机组的方式;
  2020~2025年,实施光热发电领域的应用,在10~100MW功率等级内效率超过蒸汽轮机;
  2025年以后研发实施化石燃料SCO2电厂、第四代核电和直燃式SCO2发电装置。
  随着该计划持续推进,近几年来DOE在支持超临界二氧化碳光热发电相关技术研发方面不断加码,目前已取得重大进展。
  仅仅2019年3月,DOE就曾拨款支持《高级二氧化碳换热器中高强度镍合金薄板的蠕变和疲劳特性》、《适用于基于二氧化碳的动力循环和储能系统的高级压缩机》、《适用于先进热力循环的低成本短期/长期热化学和化学储能》、《减少超临界二氧化碳光热发电系统资本成本的近终型热等静压机制造方式》、《用于CSP涡轮机械新型自润滑高效刷式密封的垂直排列的碳纳米管阵列》等多项超临界二氧化碳相关技术研发项目。
  2019年4月,由美国西南研究院(SwRI)与美国通用电气公司GE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。
  在测试之前的五年里,SwRI团队与SETO等合作伙伴共同设计出多级轴流式sCO2热气涡轮膨胀机,GE则为该涡轮机的转子等设计做出了重大贡献。通过定制的高压sCO2测试回路测试,该涡轮机被证实满足所有机械性能指标。

  根据测试数据,相比传统光热电站汽轮机35%-40%的热效率,采用超临界二氧化碳光热发电技术的。汽轮机热效率将可达到50%左右

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