太阳能的提取和利用是人类在能源方面最重要的成就之一。 现在的主要困难甚至不在于收集太阳能，而在于其存储和分配。 如果这个问题能够得到解决，传统化石燃料行业就可以退出。
SolarReserve 是一家建议在太阳能发电厂中使用熔盐的公司，并正在研究存储问题的替代解决方案。 SolarReserve建议将其重新定向到热存储设备（塔），而不是使用太阳能发电然后将其存储在太阳能电池板中。 能量塔将接收并储存能量。 熔盐保持液态的能力使其成为理想的蓄热介质。.
该公司的目标是证明其技术可以使太阳能成为一种全天候运行的经济实惠的能源（就像任何化石燃料发电厂一样）。 集中的阳光将塔中的盐加热至 566°C，并将其存储在一个巨大的隔热罐中，直到用于产生蒸汽来运行涡轮机。
但是，首先要做的事情。
开始
SolarReserve 的首席技术专家 William Gould 花费了 20 多年的时间开发熔盐 CSP（聚光太阳能发电）技术。 1990 世纪 XNUMX 年代，他担任美国能源部支持的莫哈韦沙漠太阳能二号示范设施的项目经理。 十年前，在那里对一个结构进行了测试，证实了关于使用定日镜进行商业能源发电的可能性的理论计算。 古尔德面临的挑战是开发一种类似的设计，使用加热的盐代替蒸汽，并找到可以节省能源的证据。
在选择储存熔盐的容器时，古尔德在两个选择之间犹豫不决：一家是拥有传统化石燃料发电厂经验的锅炉制造商，另一家是为 NASA 制造火箭发动机的 Rocketdyne。 这一选择有利于火箭科学家。 部分原因是古尔德在职业生涯早期曾担任建筑巨头柏克德公司的核工程师，负责加州的圣奥诺弗雷反应堆工作。 而且他相信他不会找到更可靠的技术。
喷气发动机的喷嘴（热气体从中逸出）实际上由两个壳体（内壳和外壳）组成，在铣削通道中，燃料成分以液相泵送，冷却金属并防止喷嘴熔化。 当开发在太阳能发电厂使用熔盐的技术时，Rocketdyne 在开发类似设备和高温冶金方面的经验派上了用场。
10 兆瓦 Solar Two 项目成功运行了数年，并于 1999 年退役，证实了该想法的可行性。 正如威廉·古尔德本人承认的那样，该项目存在一些需要解决的问题。 但太阳能二号使用的核心技术也适用于新月沙丘等现代电站。 硝酸盐的混合物和操作温度是相同的，唯一的区别在于站的规模。
熔盐技术的优势在于它可以按需提供电力，而不仅仅是在阳光明媚的时候提供电力。 盐可以保留热量数月，因此偶尔的阴天不会影响电力的供应。 此外，发电厂的排放量极低，当然也不会产生作为该过程副产品的危险废物。
工作原理
该太阳能发电厂使用分布在 10 公顷（相当于 347 多个足球场大小）的 647,5 个镜子（定日镜）将阳光集中到一座高 900 米、充满盐的中央塔上。 这种盐被太阳光线加热到 195°C，热量被储存起来，然后用于将水转化为蒸汽并运行发电机发电。
这些镜子被称为定日镜，因为每个镜子都可以倾斜和旋转以精确引导光束。 它们排列成同心圆，将阳光聚焦到中央塔顶部的“接收器”上。 塔本身不发光；接收器是哑光黑色的。 发光效果正是由于阳光的集中加热容器而发生的。 热盐流入容量为 16 立方米的不锈钢罐中。
定日镜
在这些温度下，盐的外观和流动方式很像水，通过热交换器产生蒸汽来运行标准涡轮发电机。 罐内装有足够发电机运行 10 小时的熔盐。 这相当于 1100 兆瓦时的存储量，几乎是已安装的用于存储可再生能源的最大锂离子电池系统的 10 倍。
艰难的道路
尽管这个想法很有希望，但 SolarReserve 并不能说已经取得了成功。 从很多方面来说，该公司仍然是一家初创公司。 尽管这家初创公司在各个方面都充满活力和光明。 毕竟，当你看向新月沙丘发电厂时，首先看到的就是光。 如此明亮，以至于无法直视。 光源是一座 195 米高的塔楼，傲然矗立在内华达州沙漠地区上方，大约位于里诺小镇和拉斯维加斯之间的中间位置。
发电厂在不同建设阶段的样子
2012年，开工建设
2014年，项目已接近完工
2014年XNUMX月，新月沙丘即将投入使用
准备站
距离这里大约一个小时的车程是著名的 51 区，这是一个秘密军事设施，今年夏天整个互联网都威胁要攻击它，以便从美国政府手中“拯救”外星人。 这种接近导致了这样一个事实：看到异常明亮的光芒的旅行者有时会询问当地居民是否目睹了不寻常甚至外星人的东西。 然后，当他们得知这只是一座太阳能发电厂，周围环绕着近 3 公里宽的镜子时，他们感到由衷的沮丧。
新月沙丘的建设于 2011 年开始，由政府贷款和内华达州主要公用事业公司 NV Energy 投资。 该发电厂于2015年建成，比原计划晚了大约两年。 但即使在施工结束后，一切也并非一帆风顺。 例如，前两年，定日镜用的水泵和变压器功率不够，经常出现故障，无法正常工作。 因此，新月沙丘的发电量低于运营初期的计划。
还有另一个困难——鸟类。 落在集中阳光的“视线”下，不幸的鸟 。 SolarReserve 的代表表示，他们的发电厂成功避免了定期大规模“火葬”鸟类。 与几个国家组织联合制定了一项特别计划，以减轻对发电厂的任何潜在威胁。 该计划于 2011 年获得批准，旨在减少鸟类和蝙蝠的潜在风险。
但新月沙丘面临的最大问题是 2016 年底发现的热盐储罐泄漏。 该技术使用一个由储罐底部的塔支撑的巨大环来分配从容器流出的熔盐。 塔架本身必须焊接到地板上，并且当温度变化导致材料膨胀/收缩时，环需要能够移动。 相反，由于工程师的错误，整个东西被紧密地焊接在一起。 结果，随着温度的变化，罐底下垂并泄漏。
熔盐泄漏本身并不是特别危险。 当它碰到罐下的砾石层时，熔体立即冷却，变成盐。 然而，发电厂的关闭却拖延了八个月。 对泄漏原因、事故责任人、紧急情况的后果等问题进行了研究。
SolarReserve 的麻烦并没有就此结束。 该工厂 2018 年的业绩低于目标，平均容量系数为 20,3%，而计划容量系数为 51,9%，C。因此，美国国家可再生能源实验室 (NREL) 开始了为期 12 个月的成本研究项目 CSP，重点关注性能问题和意外成本。 结果，公司先是被起诉，被迫更换管理层，到了2019年，他们才彻底被迫承认自己的错误。 .
还没结束
但即便如此，也没有阻止技术的发展。 毕竟其他国家也有类似的项目。 例如，穆罕默德·本·拉希德·阿勒马克图姆太阳能公园（Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park）采用了类似的技术——世界上最大的太阳能发电厂网络，集中在迪拜的一个空间内。 或者说，摩洛哥。 那里的晴天比美国还要多，因此发电厂的效率应该更高。 第一个结果表明情况确实如此。
摩洛哥 150 兆瓦 CSP Noor III 塔在运行的头几个月就超出了性能和存储容量目标。 CSP Engineering Group Empresarios Agrupados (EA) 的高级顾问 Xavier Lara 保证，塔式储能项目的融资成本符合预期。
努尔三号发电厂
努尔三期电站于去年XNUMX月投入运行，表现出色。 Noor III由西班牙SENER公司和中国能源建设集团公司SEPCO安装，是世界上最大的运营塔式电站，也是第二个集成熔盐存储技术的塔式电站。
专家认为，Noor III 在性能、发电灵活性和存储集成方面的可靠早期性能数据应该会减少 CSP 塔和存储可靠性问题，并降低未来项目的资本成本。 在中国，政府已经宣布了一项建设 6000 兆瓦带储能 CSP 的计划。 SolarReserve 正在与建设燃煤发电厂的国有神华集团合作开发 1000 兆瓦的 CSP 熔盐发电。 但这样的存储塔会继续建造吗？ 问题。
然而就在前几天，比尔·盖茨旗下的Heliogen公司宣布在聚光太阳能的利用方面取得了突破。 Heliogen 能够将温度从 565°C 提高到 1000°C。 因此，开辟了利用太阳能生产水泥、钢铁和石化产品的可能性。
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液盐发电厂是
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来源： habr.com