美科学家寻找太阳能储存方式用盐类混合物发电

2012-4-11 12:25| 发布者: apple| 查看: 466| 评论: 0|原作者: apple|来自: 福布斯中文网

摘要: 　　如果用一个字来归纳太阳热能发电这个行业的特点，那就是“大”字：在沙漠地区，总计达数平方英里的反光镜环绕着一座座高达600英尺的聚光塔，这些设备能生产出数以兆瓦计的电力，而造价动辄数十亿美元。然而，大型 ...

　　如果用一个字来归纳太阳热能发电这个行业的特点，那就是“大”字：在沙漠地区，总计达数平方英里的反光镜环绕着一座座高达600英尺的聚光塔，这些设备能生产出数以兆瓦计的电力，而造价动辄数十亿美元。然而，大型太阳能公司与矿物燃料相竞争的能力归根到底可能取决于那些盐类颗粒。

　　在位于旧金山湾区生物技术中心埃默里维尔(Emeryville)的一个小实验室里，太阳热能发电行业的一家初创企业——光环技术公司(Halotechnics)的科学家们正在筛选数千种熔盐混合物。他们正在寻找能使太阳热能以成本低廉而高效的方式存储起来——从而可以在太阳落山后用以发电的恰当的熔盐混合物。换句话说，使之成为能够一周7天、每天24小时不间断供电的太阳能发电站。

　　熔盐存储技术早在上世纪90年代就已出现了，当时美国联合科技公司(UnitedTechnologies)旗下的洛克达因(Rocketdyne)火箭发动机部门为“SolarTwo”开发了熔盐存储技术，SolarTwo是美国能源部在莫哈韦沙漠建造的一套太阳热能发电站原型设施。一排排日光反射装置将太阳能聚焦于塔顶上的锅炉，锅炉里装有在高温下会液化的盐类混合物。熔盐释放的热能用来产生蒸汽，驱动涡轮机，从而产生电力。其中有些热能可以储存在一罐罐熔盐里，以便在需要时释放出来产生电力。

　　但是，由于在克林顿时代油价暴跌，美国于是放弃了其宏大的太阳热能发电试验，而熔盐技术也被打入冷宫。位于科罗拉多州戈尔登的美国国家可再生能源实验室(NationalRenewableEnergyLaboratory)资深太阳能项目经理马克·梅厄斯(MarkMehos)表示：“近来在这项技术方面一直没有多少创新。”

　　现在，熔盐技术重新回到人们考虑的范围内，诸如加利福尼亚等州为完成可再生能源在总能源构成中占一定比例的艰巨任务，纷纷批准大型太阳热能发电项目。各家公用事业公司希望这些电站能够把太阳能储存起来，这样就可以用来使日益依靠诸如风力发电等间歇性电力来源供电的电网实现平衡。绿色科技媒介公司(GreentechMedia)旗下的市场研究机构GTMResearch估计，到2015年太阳能存储市场规模将达到37亿美元。

　　光环技术公司现年34岁的创始人兼首席执行官(CEO)贾斯汀·拉伊德(JustinRaade)从中看到了一个机遇。在2009年，刚获得机械工程博士学位的拉伊德在硅谷的一家叫做赛美科技公司(Symyx)的材料科学公司工作。他说：“我当时一直在可再生能源领域寻找一个需要解决的重大问题，而随着我对聚光太阳能发电了解越多，我越加意识到太阳能储存是一个瓶颈问题，正是这个问题使得聚光太阳能发电无法比矿物燃料更加便宜。”

　　他的构想是：寻找出一种更好的熔盐混合物，这种熔盐混合物能在更高的温度下储存热能，从而提高发电量，同时能在较低温度下保持液态，从而减少用于避免其固化的能源消耗。

　　拉伊德获得了美国能源部提供的150万美元拨款，并于2009年开始在赛美科技公司筛选5,000种不同的熔盐混合物。借助于赛美科技公司提供的一笔投资以及使用其知识产权的许可，拉伊德创办了光环技术公司。该初创公司利用另一笔总额达450万美元的政府研究资助，开发出其第一款熔盐产品，并且开始研发一种新型的玻璃液态存储系统。“我们已开发出一种新的基于氧化物的化学成分。这种化学成分与其他玻璃材料相比，其黏稠度及熔点要低得多。实际上，你可以像液体一样用抽水机对它进行抽吸，像熔盐那样把它储存在一个大罐子里。但它在温度高得多的环境中能够保持稳定。”

　　温度可高达1,200摄氏度，这个温度高得能够使空气加热到足以驱动像在矿物燃料发电厂使用的那种高效涡轮机。在实验室里，拉伊德拿起含有一颗颗绿色和黑色玻璃的纸杯，光环技术公司希望这两种前景很好的混合物最终能用于一种太阳储能系统的原型之上，而公司计划这种系统能在2015年联网投入使用。

　　在该实验室的其他地方，光环技术公司则继续每天筛选近100种熔盐混合物——到目前为止已筛选了近14,000种熔盐混合物。目前的熔盐混合物通常是60%的硝酸钠加40%的硝酸钾。光环技术公司的目标是用该公司暂且只愿透露为“资源充足而且成本低廉的盐类物质”来替换掉八成左右日益昂贵的硝酸钾。

　　该初创公司的专有软件根据熔点、吸热性及成本来确定可能采用的候选混合物。其实验室设备能同时测量、调配并提供96种不同混合物。四分之一克质量的混合物先在熔炉中烘烤，然后放到一个设备中去慢慢加热，通过发射激光穿透这些物质来确定其熔点。拉伊德说：“确切地说，这些机器曾被放在赛美科技公司实验室的角落闲置着。”

　　光环技术公司的节俭——设计储存罐及水泵系统的工程师们肩挨着肩拥挤地坐在办公室的大厅里——意味着该公司预计只需筹集200万美元的首轮融资资金，就能研制出一套熔盐存储试点系统，再筹集500万至700万美元就能进入商业销售阶段。

　　该公司目前已和诸如eSolar、Sener及BrightSourceEnergy等太阳热能电站开发商进行初步磋商，这些公司都指望能源储存技术能给予它们与光伏发电场相竞争的优势。虽然光伏组件的价格在过去三年里已暴跌了75%，但要想把太阳能电池板所产生的电力储存起来的话，唯一的选择就是贵得让人望而却步的电池。

　　光环技术公司声称，该公司叫做Saltstream565的第一款产品将至少比现有的存储系统便宜20%，因为该系统利用较为便宜的盐类混合物来获得与SolarReserve所采用的系统相同的运作温度——565摄氏度，SolarReserve是一家太阳能电站开发商，该公司从美国联合技术公司那里获得技术许可。但光环技术公司还为可以在700摄氏度运作的熔盐混合物申请了专利。运作温度更高意味着太阳能发电厂可以采用最新、最高效的涡轮机。

　　克雷格·泰纳(CraigTyner)曾在美国桑迪亚国家实验室(SandiaNationalLaboratories)从事熔盐存储技术的研究，他现在为eSolar公司规划长期技术发展策略，eSolar是一家位于加州帕萨迪纳(Pasadena)的太阳能电站开发商。他说：“如果有一种盐类混合物能使我们目前的运作温度提升50摄氏度，那么这对我们而言将会非常有利，因为这样可以在同样分量的盐类混合物中储存更多的能量，同时可以将储存系统的成本削减10%或15%。”

　　西班牙太阳能电站开发商Sener开发了自己的熔盐存储系统，但据Sener驻旧金山的美国分公司CEO梅赛德斯·西耶拉(MercedesSierra)表示，该公司把光环技术公司视为自己的一个潜在的合作伙伴。“我们一直在探讨在我们发电站测试他们产品的可能性，”她说，“我们需要一种高品质的盐类混合物，我们愿意花钱购买。”

　　拉伊德表示：“在565度存储热能目前是一项已获得验证的成熟技术，但在更高温度环境下的热能储存技术则是一个对各种技术完全开放的市场。”