瑞典Azelio AB公司(原Cleanergy)一直致力于碟式斯特林技術的研究，在此前召開的CSP Focus光熱發(fā)電創(chuàng)新大會上，Azelio中國區(qū)產(chǎn)品總監(jiān)吳慧國便發(fā)表了題為“Azelio新型的帶有儲熱系統(tǒng)的斯特林光熱解決方案”的主題演講，詳細分享了該技術的研發(fā)過程和未來商業(yè)推廣計劃。
以下為具體內(nèi)容分享：
Azelio大家可能比較陌生，Cleanergy更熟悉一些。因為公司層面的原因，我們在今年6月份的時候，把公司的名稱改成了Azelio，但是中國分公司還叫做科林潔能。
碟式斯特林作為一種光熱技術，由于之前沒有儲熱系統(tǒng)，所以在政策上和整個市場推進上一直遇到很多阻礙，我們在過去的十多年，一直專注于斯特林發(fā)動機標準化、商業(yè)化運行，積累了很多年碟式斯特林發(fā)電運行經(jīng)驗，現(xiàn)在碟式斯特林一方面通過與多能互補的示范區(qū)的合作，因為沒有儲熱，所以只能通過外部儲能和系統(tǒng)的運行，這是一種方向;另外是斯特林發(fā)動機本身的儲熱研發(fā)，今天我主要跟大家介紹一下我們公司目前正在做的關于斯特林的儲熱方案，這個方案是跟摩洛哥MASEN一起合作的。
我們都知道，根據(jù)國際能源署的報告，從全球范圍來說，迷你型電網(wǎng)和離網(wǎng)型太陽能所占的比重和發(fā)揮的作用是非常大的。全球范圍內(nèi)到2030年，在迷你型電網(wǎng)和離網(wǎng)型電站的投入也會越來越大。所以跟其他的發(fā)電類型相比，可能槽式、塔式可以上規(guī)模，50MW、100MW都可以。但我們目前也可以做大型的電站，因為斯特林有一個特征是模塊化的，可以做一個，做十個，也可以做一百個，只要同樣的模式復制。但在全球范圍內(nèi)，我們對大項目也可以考慮，但是我們的目標希望更多的做一些50MW以下的，儲熱儲能的時間相對比較長的一些項目。
接下來我從技術概念設計幾個方面介紹一下我們的發(fā)電單元，包括定日鏡，斯特林機組，包括定制化和發(fā)展。可能大家看到這個圖片會想，這已經(jīng)不再是碟式斯特林了。其實在做這個方案的時候，我們考慮過，因為在塔的頂端，盒子里面除了有斯特林發(fā)電機之外還有儲熱系統(tǒng)，所以整體重量比較大。如果仍然用碟盤的話，那么要求會比較高，而且碟盤本身沒有太多的靈活性，所以我們采用了這種迷你型塔式的設計。采用這種定日鏡的方式，一方面大大的減少了投資，另一方面因為定日鏡的數(shù)量是可以根據(jù)不同地域的DNI數(shù)值進行協(xié)調(diào)，所以增加了很多靈活性。
我們先來看一下斯特林儲熱技術概念設計，首先斯特林作為發(fā)電效率最高的發(fā)電技術，有著200多年歷史，在過去的十多年我們一直在努力的把它商業(yè)化，我們要繼續(xù)保持這種很高的系統(tǒng)效率。第二是考慮技術的可行性。第三個是考慮生產(chǎn)和成本的問題，所以我們改用了定日鏡+塔的形式。
設計儲熱時長是13小時，儲熱介質(zhì)是用硅酸鋁，導熱介質(zhì)用的金屬鈉，大家可以看到圖上，圓的里面是儲熱和導流介質(zhì)，斯特林機組在旁邊，這種儲熱的熱能距離斯特林機組很短，可以減少傳輸過程中能量的損失，這種設計很緊湊。
具體來看，下面是聚焦接收面，從這個圖上可以看到主要的儲熱系統(tǒng)，泵系統(tǒng)，斯特林機組，和冷卻系統(tǒng)，我們公司的斯特林機組單臺容量是13千瓦，因此我們繼續(xù)延用這種斯特林機組。這樣短距離的輸送可以減少熱能損失，而且我們之前做斯特林機組的時候，會考慮在一個集裝箱里面，通過放五臺、七臺、十臺機組實現(xiàn)一定程度上的規(guī)模化、緊湊的設計。另外根據(jù)過去近十年的斯特林機組運行情況，我們免維護周期約為一年，也就是一年維護一次。
這是儲熱的斯特林基本的結(jié)構(gòu)。大家可以看到，機組是一個雙缸的發(fā)動機，左邊是熱氣缸，也就是膨脹氣缸，右邊是冷氣缸。中間橫著的管道是氣體存儲部件，當斯特林機組不工作的時候，需要把里面的氫氣或者氦氣回流到里面儲存起來。上部是改裝后的導熱部件。
定日鏡面積2到3平方米，雙曲面鏡形式，雙軸跟蹤。由于斯特林13千瓦，塔高11米，一般情況下大概需要定日鏡50到70個，如果這個地方的DNI數(shù)據(jù)不太理想，那么需要的鏡子會多一些;如果DNI好的話可能鏡子會少一些。可以根據(jù)不同地區(qū)DNI數(shù)據(jù)不同，從而來調(diào)節(jié)定日鏡的個數(shù)，以及整體的布置。
目前我們在瑞典哥德堡一個實驗室，之前2012年鄂爾多斯有一個小型的斯特林電站，迪拜也有斯特林電站運行。現(xiàn)在因為跟摩洛哥合作，所以希望很快能在摩洛哥建一個帶有儲能系統(tǒng)的斯特林示范。
整個系統(tǒng)在設計的時候設計了遠程控制，不管是在鄂爾多斯的電站，還是在迪拜的電站，還是在摩洛哥的電站，只要在瑞典通過電腦系統(tǒng)就可以實時監(jiān)測電站運行情況，能夠?qū)崟r的開關電站。
這是我們實驗室的照片，目前為止我們已經(jīng)完成了實驗室測試。首先是關于介質(zhì)的加熱和儲熱，介質(zhì)用的是硅酸鋁。其次是把熱能通過納傳輸?shù)剿固亓诌M行完整的工作。第三，根據(jù)期望來實現(xiàn)電力的輸出。硅酸鋁的工作狀態(tài)，斯特林的效率，泵的效率，整體的效率基本上符合我們的預期。
這是一個簡單的示例圖，左邊是斯特林機組，在中間容器里面是硅酸鋁Al12Si，兩邊是導熱的液態(tài)鈉。下面是導流系統(tǒng)，金屬鈉在核工業(yè)里面有比較多的應用，一旦出現(xiàn)緊急情況，會通過這個系統(tǒng)把金屬納排出來確保系統(tǒng)的安全。
上面是一個泵的系統(tǒng)，目前泵的一個循環(huán)是25秒，從右邊的圖可以看到，截取了四個時間點，液態(tài)鈉在循環(huán)過程中所體現(xiàn)出來的導熱的性質(zhì)。從實驗室的數(shù)據(jù)來看整個導熱性能和溫度還是很不錯的。
這張圖從外形上給大家一個直觀感覺，把原來的斯特林跟帶有儲熱系統(tǒng)的斯特林比較，改造的不同點就在于接收面，左邊中間是接收太陽光的部分。原來斯特林機的接收面直接接收太陽光，加熱里面的氫氣或氦氣完成發(fā)電，現(xiàn)在把它改成裝有熱傳導介質(zhì)的部件，這樣可以直接加熱儲熱介質(zhì)。
這張圖看的更加清楚，左邊是熱氣缸，右邊是冷氣缸。
這是實驗室完成的斯特林機組發(fā)電的閉循環(huán)，里面用氦氣，鈉的溫度基本上維持570度左右。之前斯特林機組沒有儲能是因為工作氣體對溫度要求比較高，傳統(tǒng)槽式和塔式的熔鹽是滿足不了它的溫度要求。
目前太陽能實驗室所做的測試用泵是電磁泵。
這是2018年第二季度實驗室輸出結(jié)果的圖，這里需要說明一下，目前整個系統(tǒng)都在太陽能實驗室里面，并沒有室外定日鏡的經(jīng)驗。這是做的整體系統(tǒng)平衡，為什么是13小時儲能?當然可以做一個小時，也可以做2個小時，6個小時，13個小時。我們目前做了初步的測算，發(fā)現(xiàn)13小時的儲熱度電成本會相對低一些。
右邊的圖可以看到，整個系統(tǒng)效率29%。如果吸收太陽能610MWh，定日鏡鏡場的損失176MWh，考慮到能量的損失，最后進入接收面的能量是366MWh。考慮到熱損失9MWh，最終被儲熱系統(tǒng)吸收的是316MWh。考慮到接收面的損失和發(fā)動機組本身的損失，最終可以實現(xiàn)發(fā)電89MWh，系統(tǒng)目前效率可以做到29%。我們也在進一步改善，預計兩年內(nèi)系統(tǒng)效率做到30%到31%。
將來我們跟摩洛哥合作，因此我們在實驗室里面模擬了這個地區(qū)的DNI情況，通過模擬的DNI和整個斯特林機組儲熱系統(tǒng)，實現(xiàn)閉循環(huán)。這里截取了3月16日到3月17日兩天儲熱溫度的變化，斯特林機組的發(fā)電曲線圖，可以看到基本上曲線還是很平穩(wěn)。
目前我們正在做進一步改善，通過介質(zhì)的過熱性質(zhì)看如何提高系統(tǒng)的效率。
斯特林機組作為模塊化的一個技術，具有很多的優(yōu)勢，一方面，它的組裝可以很快，不需要水，而且規(guī)模可大可小，從13千瓦到50兆瓦，到100兆瓦都可以。平均一年維護一次，維護成本比較低。
我們計劃明年實現(xiàn)技術檢驗和落地，2020年希望能夠?qū)崿F(xiàn)小批量的生產(chǎn)，2021年實現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)。
