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理想能源
概述
超高保温性能热网技术
相变储热/换热一体机技术
超低热辐射选择性吸收膜技术
“碟-塔混合式”跟踪聚焦技术
 
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超低成本相变储热/换热一体机技术

    发电时需要提供稳定的能量,而太阳能作为能量来源具有不稳定性。这就需要采用储热技术在采集太阳能后用储热器进行热能存储,储热器在需要时释放热能再进行发电,从而保证太阳能聚光光热发电系统的长期运行稳定性(见图1)。

                                  

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    同时,为理想能源解决方案设计的太阳能能源系统应具备化石能源的可调度性,像燃气轮机电厂一样具有可调峰功能。这就需要开发低成本的储能技术。目前电池的成本很高,国际国内希望达到的成本目标为2000/kWh,若一天具有4小时储能装置的装机成本为8/W,相当于目前无储能光伏电厂的总装机成本。而国际光热系统采用的融熔盐“显热”储热技术的成本为1000/kWh,若一天具有4小时储能装置的装机成本为4/W。这些技术的成本均太高,无法成为理想能源的候选者。其次,采用融熔盐“显热”储热技术提供500的热能,由于显热储热需要温差才能提供热能,这就要求将光热的工作温度提高至约600,由于热辐射损失的大幅度提高,进而使系统的效率进一步降低。理想的储热方式应当是熔盐“潜热”储热。“潜热”储热利用融熔融化和凝固(相变)时的“潜热”热容进行充放热,“潜热”热容量比“显热”量约大50-100倍,可以在很窄的温区内提供高能量密度的热能存储;我们的地球就是利用了熔盐“潜热”储热。熔盐“潜热”储热40年以来一直是国际科学技术界试图攻破的技术难题,美国能源部和欧盟都有巨额研究项目。其主要难题是如何实现大功率可恒定的换热,同时又能充分利用相变储热材料的所有热容。

    公司攻克了这一40年国际难题,利用相变换热技术解决相变储热的换热难题,既可保证大功率恒定换热(见图2&3),又能充分利用相变储热材料的所有热容达95%以上。由于换热系数远高于传统换热器,因而可制成储热与换热一体机(见图16&17),从而大幅度降低了储热/换热的装机总成本至400/kWh,一天具有4小时储能装置的装机成本为1.6/W。以此相变储热/换热一体机装备的“碟-塔混合式”光热系统的装机总成本可实现10/W以下。特别值得提出的是,“相变储热/换热一体机”在小型容量装备时的成本优势尤其突出(比采用融熔盐“显热”储热技术的“双罐融熔盐法”低5倍以上),因而特别适用于小型分布式光热综合能源系统。

                            

2 充热曲线

                               

3 放热曲线

                 

4 未安装保温层的相变/换热一体机         图5 安装保温层后的相变/换热一体机  

谷热相变储热技术

    除应用于光热系统中外,相变储热/换热一体机与“谷电”结合,可用于替代小型燃煤锅炉,对消除当前北方地区用于散煤燃烧造成的“雾霾”可以起到立竿见影的效果。

    污染空气的“雾霾”PM2.5排放源有50%来自燃煤,而小型燃煤锅炉是排放超标的重灾区。20吨以下小型锅炉缺乏经济可行的除尘脱硫脱硝设备,污染排放率远高于大型火电锅炉。据专家研究确定,中国的“雾霾”主要由全国70万小型锅炉每年18亿吨散煤燃烧供热造成,因此淘汰小型燃煤锅炉、减少散煤燃烧是减少污染排放的有效手段。经测算河北地区一个地级城市,全部关停小型燃煤锅炉,需投资7-10亿,可消除散煤燃烧造成的“雾霾”降低PM2.5平均颗粒数14.1微克/立方米,相当于20%以上的雾霾。然而小型燃煤锅炉排放高、治理费用贵、监管难,故应逐步淘汰。

    现有的燃煤锅炉替代解决方案为(1)“大锅炉+市政热管网”,(2)“煤改气”。“大锅炉+市政热管网”方案一次性投资费用高;“煤改气”除需管网外,能源价格贵、运营费用高。对远离市政管网的锅炉,两者的替代成本都较难接受。而除此之外,还有一种解决方案即“煤改谷电”:可在夜间将谷电转换为热,并加以储存为白天使用,比天然气便宜30%,是替代燃煤的理想能源。谷电储热方案实施的技术难点在于开发高性能的储热装置,要求能量密度高,热品味高(尤其对替代工业锅炉应用),占地面积少,设备成本低。

    益科博在自主创新的相变储热/换热一体化技术基础上开发的谷电相变储热锅炉是远离市政管网的小型燃煤锅炉最佳替代方案。与“煤改气”相比,“谷电+相变储热”能源费用降低30%,超出燃气锅炉的投资可在3年左右回收;无管网投资,与“大锅炉+市政热管网”相比投资低。若“弃风电” 与储热方案结合,则能源成本低于燃煤。此方案无需关停现有小型工厂、造成大量失业。据估算全国改造市场约7千到3万亿。

    此技术可应用于工业蒸汽:棉纺、食品、化工、医药等行业以及冬季集中采暖。

           
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