按照設想，儲能系統作為共享儲能區，而光熱電站則分布在其周?chē)?，通過(guò)槽式或塔式光熱發(fā)電系統的傳熱介質(zhì)（導熱油或熔鹽）來(lái)為中央儲能系統供能，儲能系統可以存儲20多個(gè)光熱電站搜集的能量，以實(shí)現為電網(wǎng)提供數天的可調度電力。
這一概念由麻省理工學(xué)院核工程系的高級研究科學(xué)家查爾斯·福斯伯格（Charles Forsberg）和他的工程研究生阿里·阿爾杰弗里（Ali Aljefri）提出，目前仍處于早期研究階段。Forsberg認為，該技術(shù)還具備使核電更加可調度以更好地適應完全可再生電網(wǎng)的應用潛力。
在2020年度的SolarPACES會(huì )議上，Forsberg介紹了該設想的總體思路（詳見(jiàn)如下視頻），并將其與美國亞利桑那州裝機250MW的Solana槽式光熱電站的儲存容量進(jìn)行了比較，該發(fā)電廠(chǎng)的儲存容量為6小時(shí)（容量為每天1500MWh）。
Charles Forsberg指出，Solana 1500MWh的儲能容量與新設想提出的100GWh的容量將不是一個(gè)量級的，這一新思路的主要應用潛力將在核能利用以及大型光熱發(fā)電園區方面。比如，中國擁有豐富的太陽(yáng)能資源，但條件優(yōu)越的地區往往比較偏僻，需要很長(cháng)的直流輸電線(xiàn)路，而一條每天運行8-12小時(shí)的直流輸電線(xiàn)路是非常昂貴的，所以這些地方有很大的動(dòng)力去考慮開(kāi)發(fā)可全天候穩定輸出、且靈活可調的太陽(yáng)能發(fā)電系統。
LDES的更多潛在客戶(hù)
Forsberg指出，目前美國能源部可再生能源實(shí)驗室（如NREL和Sandia等）及其核部門(mén)正在調研LDES技術(shù)，這將進(jìn)一步增加LDES技術(shù)走向商業(yè)化的可能性。
Forsberg表示：“對于該技術(shù)來(lái)說(shuō)，熱源并非重點(diǎn)，關(guān)鍵是我們必須找到一種可以廉價(jià)儲存能源的方法。而該技術(shù)既可以用于核能，又可以跟太陽(yáng)能結合，這一點(diǎn)非常有利。該系統甚至可以看作是一個(gè)獨立的“卡諾”電池，以熱儲存來(lái)自電網(wǎng)的電能。這意味著(zhù)你有三個(gè)市場(chǎng)，所以你的商業(yè)化機會(huì )大幅上升。
開(kāi)發(fā)和部署這些東西需要大量實(shí)實(shí)在在的資金，而且像任何技術(shù)一樣，在走向商業(yè)化應用的道路上、擴大規模時(shí)不能避免會(huì )出現各種問(wèn)題，但如果經(jīng)濟性足夠強，就會(huì )產(chǎn)生經(jīng)濟驅動(dòng)力讓人們愿意花錢(qián)去解決這些缺陷。只要基本數據看起來(lái)足夠好，人們就愿意通過(guò)各種途徑去解決問(wèn)題。”
目標：kWh成本為2-4美元
那么，MIT全新的LDES設想能達到什么水平呢？
Aljefri強調，該設想目前還處于非常早期的階段，仍然是一個(gè)想法。第一階段MIT只是想證明這個(gè)想法是可行的。這是一種新的大規模存儲，我們正試圖看看集中存儲來(lái)自多個(gè)太陽(yáng)能機組或核電站的熱量是否有經(jīng)濟意義。所以，首先我們做的只是一個(gè)數值模型，只是為了證明這個(gè)想法是有意義的。
據悉，他們的目標是要比現在的單一光熱電站的儲熱成本低很多，預計每千瓦時(shí)從30美元降到15美元（目前蓄電池的價(jià)格在每千瓦時(shí)幾百美元左右）。Forsberg預計，全新LDES技術(shù)的資本成本有望達到每千瓦時(shí)2到4美元。
按照Forsberg的算法，光熱電站的儲能資本成本是每千瓦時(shí)30、25、20美元不等，但這僅僅是一個(gè)光熱電站的一個(gè)儲能系統和一個(gè)發(fā)電機組的資本成本。但是，如果20個(gè)槽式集熱系統（采用槽式光熱發(fā)電技術(shù)）或定日鏡場(chǎng)（采用塔式式光熱發(fā)電技術(shù)）只有一個(gè)電源塊和一個(gè)存儲系統，那就相當便宜了。同時(shí)，這種思路可以減掉一半操作人員，因為操作一個(gè)50MW或者500MW的蒸汽裝置，所需的操作人員數量是差不多的。
工作原理
按照設想，熱量將被儲存在20米高、50米或更寬、長(cháng)達一公里的碎石中。而在儲能容器支撐樁的上方是一個(gè)氣密的高度隔熱的建筑，整體結構類(lèi)似于飛機吊架【可參考下圖】。
系統需要“充電”時(shí)，來(lái)自光熱電站的傳熱流體會(huì )被噴射到巖石頂部并逐步將熱量傳輸至巖石底部，冷卻之后的傳熱流體則被收集在底部的“淺鍋”中，然后被送回光熱電站進(jìn)行再加熱。
系統往外“放電”時(shí)，冷的傳熱流體被噴灑在儲能容器頂部，以吸收巖石中的熱量，被加熱的高溫流體被收集在碎石下的容器中，然后被輸送至動(dòng)力系統用于發(fā)電。
圖：工作原理（來(lái)自Forsberg MIT）
從上圖可以看到，系統的整個(gè)運行過(guò)程將在一段一段的子系統中循環(huán)進(jìn)行，子系統在每一個(gè)加熱過(guò)程之后都會(huì )有一個(gè)冷卻回收熱量過(guò)程。因此，熱量可以連續地從每個(gè)子系統依次供應到電源塊，但整個(gè)操作卻是在一個(gè)單獨的容器中進(jìn)行。
據悉，為了將熔鹽或導熱油運輸1公里至儲能“深坑”，Forsberg引用了石油行業(yè)在管道中運輸熱油方面的豐富經(jīng)驗。
Aljefri指出，在想法逐步形成的過(guò)程中，許多細節也可能會(huì )發(fā)生變化。例如，他認為還有一種思路——即光熱電站可能是一個(gè)完整的光熱發(fā)電系統，有自己的發(fā)電機組單獨發(fā)電，而只是共用儲能區；另一種思路則是上邊提到的多個(gè)光熱電站共用一個(gè)儲能區和發(fā)電機組。
Aljefri表示：“不同的地區會(huì )有不同的需求。在阿聯(lián)酋，我們所處的氣候炎熱，夏季、冬季、夜間和白天的經(jīng)濟運行狀況將決定這里的儲能用途。此外，如果有大量的光伏發(fā)電接入地區電網(wǎng)，那么電網(wǎng)系統對這種儲能系統的需求也會(huì )變得不同，何時(shí)儲能、儲能的來(lái)源都要綜合考慮經(jīng)濟性來(lái)決定?？偟膩?lái)說(shuō)，儲能系統的具體設計要以確保電網(wǎng)更加高效為目標。”
目前，Aljefri在麻省理工學(xué)院研究的是一個(gè)核反應堆的儲熱裝置，該裝置白天用來(lái)儲能，天黑后則對外釋放。但正如Forsberg所指出的，這種長(cháng)時(shí)熱能儲存技術(shù)對核能和聚光太陽(yáng)能發(fā)電均適用，甚至可以用于儲存多余的太陽(yáng)能光伏或風(fēng)電。
活動(dòng)預告
中國光熱行業(yè)最大規模、最高層次、最專(zhuān)業(yè)的國際性、綜合性年度盛會(huì )——2021第八屆中國國際光熱大會(huì )暨CSPPLAZA年會(huì )已定于今年5月13日-14日在北京召開(kāi)。
大會(huì )將邀請相關(guān)政府單位、研究機構及光熱產(chǎn)業(yè)鏈人士共同探討、深刻洞察碳中和背景下光熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必要性，為“十四五”光熱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展定好調、謀好局。
