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石墨訊：一系列的研發(fā)活動看似正在逐步推進(jìn)石墨儲熱技術(shù)邁向商業(yè)化應(yīng)用的門檻，但目前還無法對此定論，光熱發(fā)電業(yè)界對石墨儲熱技術(shù)的研究和實(shí)踐還亟待加強(qiáng)。

　　Solastor公司的塔式石墨吸熱儲熱系統(tǒng)

　　如果你并非一直關(guān)注這種技術(shù)，你可能并不了解石墨儲熱。此前有一些關(guān)于此項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)推動，但一直以來，并未有公開的研究成果公布。

　　其中最有名的當(dāng)屬西班牙SENER公司在此方面取得的進(jìn)展，其得益于美國能源部Sunshot計劃的支持對石墨儲熱技術(shù)進(jìn)行了研發(fā)。據(jù)公開信息顯示，SENER正在研究一種高效、經(jīng)濟(jì)的固體石墨儲熱解決方案。據(jù)Sunshot網(wǎng)站對該項(xiàng)目的介紹信息：如果該項(xiàng)研發(fā)取得成功，這種儲熱技術(shù)可在超過800攝氏度、甚至高達(dá)1650攝氏度的溫度下穩(wěn)定應(yīng)用，無寄生性能源消耗，預(yù)期壽命可達(dá)30年。但該網(wǎng)站也同時指出了該項(xiàng)目可能面對的挑戰(zhàn)，包括提高儲熱系統(tǒng)內(nèi)部的布局設(shè)計、減少管道需求，增加其經(jīng)濟(jì)性，提高導(dǎo)熱系數(shù)，降低石墨用量等。

　　澳大利亞的一家創(chuàng)新型分布式塔式熱發(fā)電技術(shù)公司Solastor公司(參考CSPPLAZA相關(guān)報道)是一家采用高純度石墨作為儲熱材料并在實(shí)踐中予以應(yīng)用的企業(yè)，其于2011年5月建成投運(yùn)的3MW的LakeCargelligo示范電站即是這樣一個采用石墨作儲熱材料的塔式熱發(fā)電項(xiàng)目，其將熱量接收器和儲熱系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)集合為一個系統(tǒng)，雖然使系統(tǒng)設(shè)計和構(gòu)造趨于簡單化，但無法使單機(jī)做大規(guī)模。該公司稱這種系統(tǒng)為G1-SSR，Solastor稱這是一種簡單、強(qiáng)大的太陽能過熱和儲熱接收器。該公司總經(jīng)理SteveHollis今年3月份還來到中國市場推廣這項(xiàng)技術(shù)，其聲稱這是可以幫助光熱發(fā)電實(shí)現(xiàn)24小時發(fā)電的儲熱技術(shù)。

　　石墨納米粒子

　　Solastor公司董事長NickBain也確信石墨是G1-SSR熱量接收器很好的材料選擇。但這個公司一般不公開討論這項(xiàng)技術(shù)，僅僅在一些商業(yè)活動上會對其進(jìn)行一些介紹。

　　當(dāng)前的大規(guī)模光熱電站采用最多的儲熱介質(zhì)為硝酸鹽熔鹽，而純粹利用石墨儲熱的成本較高，那么，是否可以采用石墨納米粒子與現(xiàn)有熔鹽進(jìn)行混合以提高熔鹽的比熱?在美國能源部的資金扶持下，德克薩斯A&M大學(xué)對此進(jìn)行了研究。該研究團(tuán)隊(duì)的DebjyotiBanerjee博士稱，“將石墨納米粒子混合入熔鹽可以提高熔鹽的儲熱能力，除了石墨碳納米管，我們也在研究陶瓷納米粒子的可行性，這種材料在價格上更加低廉。利用陶瓷納米粒子，你可以使熔鹽獲得與采用石墨納米粒子相似的儲熱能力。添加這種粒子的濃度僅需在0.1%~1%之間?！?br>
　　另外，Banerjee博士的團(tuán)隊(duì)還對氯化物鹽作為硝酸鹽的替代儲熱介質(zhì)進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示可以在1000攝氏度以上的工作溫度下工作，特別是在混合了陶瓷納米粒子后，效果更加顯著。

　　雖然目前的測試設(shè)備不能在如此高的溫度下工作，但A&M大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)能夠確定的是：氯化物鹽的特殊儲熱能力可以在混合陶瓷納米粒子后獲得極大的增強(qiáng)，其測試設(shè)備在高達(dá)700攝氏度的溫度下對其進(jìn)行了測試和驗(yàn)證。

　　未來的設(shè)計路線

　　Banerjee博士說：“采用石墨納米粒子混合熔鹽是一項(xiàng)非常有前途的儲熱技術(shù)路線，其不僅僅可以用于傳統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電站，也可以用于更具前瞻性的創(chuàng)新設(shè)計中去?！钡然稃}的腐蝕性較強(qiáng)，因此要想應(yīng)用這種熔鹽就必須設(shè)計強(qiáng)抗腐蝕的管道系統(tǒng)和熔鹽罐子，同時還需要耐高溫。這一點(diǎn)對系統(tǒng)的壽命有重要影響。

　　如果需要1000攝氏度以上的儲熱溫度，項(xiàng)目開發(fā)商將很可能必須采用某種特殊類型的石墨材料，安裝防火管道和流體裝卸設(shè)備。這是唯一的可以保證其在如此高的溫度下運(yùn)行且具有抗腐蝕性能的方法。Banerjee說，“可考慮采用石墨材料制作管道系統(tǒng)，這是因?yàn)槭烊坏哪透邷貙傩??！?br>
　　對于氯化物鹽本身，采用石墨納米粒子混合來增加其比熱也有一定的作用，但這種物質(zhì)相對陶瓷納米粒子來說更易受到氧化。但這并不意味著石墨納米粒子不能與熔鹽進(jìn)行混合。

　　以1%的混合比例計算，一個30000噸的儲熱罐需要的石墨納米粒子量為300噸，我們可以從成本、效益的角度綜合考量，是采用陶瓷納米粒子還是石墨納米粒子。

　　對石墨或陶瓷材料的儲熱性能的研究還在繼續(xù)，將其與目前常用的硝酸鈉/硝酸鉀熔鹽進(jìn)行混合儲熱也還需要進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證，采用氯化物鹽代替硝酸類熔鹽與其進(jìn)行混合的儲熱研究更在初級階段，純粹地采用石墨或陶瓷材料進(jìn)行儲熱也面臨著不少的問題。在上述這些方面，我們需要更多的研發(fā)投入。