瑞典Azelio AB公【gōng】司(原【yuán】Cleanergy)一直致力于【yú】碟式斯【sī】特林技术的研【yán】究，在此前召开的【de】CSP Focus光热发电创新【xīn】大会上，Azelio中【zhōng】国区产品总【zǒng】监吴【wú】慧国便发表了题为“Azelio新型的带有储热系统的斯特【tè】林【lín】光【guāng】热【rè】解【jiě】决方案”的主题演讲，详细分【fèn】享了该技术的【de】研发过程和【hé】未来商业推广计【jì】划。
以下为具体内容分享：
Azelio大家可能比较陌生，Cleanergy更熟悉一些。因为公司【sī】层面的原因，我们在今年6月【yuè】份【fèn】的时【shí】候，把公【gōng】司【sī】的名称改成了Azelio，但是中国【guó】分公【gōng】司还叫【jiào】做科林【lín】洁【jié】能。
碟【dié】式斯特林作【zuò】为【wéi】一种光热技术，由于之前没【méi】有储热系【xì】统，所以在政【zhèng】策上和整【zhěng】个市场【chǎng】推进上一直遇到很【hěn】多【duō】阻碍，我们在【zài】过【guò】去【qù】的十多年，一直专【zhuān】注于斯特【tè】林发动【dòng】机标准化、商业化【huà】运行，积累了很多年碟【dié】式斯特林发电运行【háng】经验，现在碟【dié】式斯特林一方面通【tōng】过与多能互【hù】补的示范区的合【hé】作【zuò】，因为没【méi】有储热，所以只【zhī】能通过外部储能和【hé】系统【tǒng】的运行，这【zhè】是一种方向;另外是斯特林发【fā】动【dòng】机本身的储热【rè】研发，今天我【wǒ】主要跟大家介绍一下我们公司目前正在做的关【guān】于【yú】斯特林的储热方案，这个方案是【shì】跟摩洛哥【gē】MASEN一起合作的【de】。
我们都【dōu】知道，根据【jù】国际能源署的【de】报告，从全【quán】球【qiú】范围来【lái】说，迷你型电网和离【lí】网型太阳能【néng】所占【zhàn】的【de】比重和发【fā】挥【huī】的作用【yòng】是非常大的【de】。全球范【fàn】围【wéi】内到2030年，在迷你型电网和离【lí】网型电站的投入也【yě】会越来越大。所以【yǐ】跟【gēn】其他的发电【diàn】类型相【xiàng】比，可能槽式、塔【tǎ】式【shì】可以上规模，50MW、100MW都可以。但我们目前也可【kě】以做大【dà】型的电站，因为斯特【tè】林有一个特【tè】征是【shì】模块化的，可以做一个，做十个，也可以做一百个【gè】，只要同【tóng】样的模式复制。但在全球范围【wéi】内，我们对大项目【mù】也可以考虑，但是我们【men】的【de】目标【biāo】希望更【gèng】多的做一【yī】些50MW以下的，储热储能的时间相对比较长的一【yī】些项【xiàng】目。
接【jiē】下【xià】来【lái】我从技【jì】术概【gài】念设计【jì】几【jǐ】个方面介绍一【yī】下我【wǒ】们的发【fā】电单元，包【bāo】括定日镜，斯特林机组【zǔ】，包括定【dìng】制化和发展【zhǎn】。可能大家看到这个图片会想，这已经【jīng】不再是碟式斯【sī】特【tè】林【lín】了。其实【shí】在做这个方【fāng】案的时候，我们【men】考虑过，因【yīn】为在【zài】塔的【de】顶端，盒【hé】子里【lǐ】面除了有斯特林发电【diàn】机之外还有【yǒu】储热系统，所以整体重量【liàng】比较大。如果仍【réng】然用碟盘的话，那么要求【qiú】会【huì】比较高，而且碟盘本身没有【yǒu】太多的灵活【huó】性【xìng】，所以我们采用了这种迷你型塔式的【de】设计。采用这种定日镜的方【fāng】式，一【yī】方面【miàn】大大的减【jiǎn】少了投资，另一方面因为定日镜的数量【liàng】是可以根据不同地域的DNI数值【zhí】进行协调，所【suǒ】以增加了很多灵活性。
我们先来看一下斯特林储热【rè】技【jì】术概念设【shè】计，首先斯特林作为发电【diàn】效率【lǜ】最高的发【fā】电技术，有着200多年历史，在过去的【de】十多【duō】年我们一【yī】直在努力的【de】把它【tā】商业化【huà】，我们要继续保持这【zhè】种很【hěn】高的系统效【xiào】率【lǜ】。第二是考虑【lǜ】技术的【de】可行性。第三个是考虑生产和【hé】成【chéng】本的问题【tí】，所以我们改用了定日镜+塔的形【xíng】式。
设【shè】计储热时【shí】长是13小时，储热介质【zhì】是用硅酸铝，导热介质用的金属钠，大家可以看到图【tú】上，圆的【de】里面是储热【rè】和【hé】导流【liú】介质，斯【sī】特林【lín】机组在旁边，这【zhè】种储热的热能距离斯【sī】特林机【jī】组很短，可以减少传【chuán】输过程中【zhōng】能【néng】量的损失，这种设计很【hěn】紧凑。
具【jù】体来看，下面是聚【jù】焦接收面【miàn】，从这【zhè】个【gè】图上可以看到主要的【de】储【chǔ】热系统，泵系【xì】统，斯特林【lín】机组【zǔ】，和冷却系统【tǒng】，我们公【gōng】司的斯【sī】特林机组单台容【róng】量【liàng】是13千【qiān】瓦【wǎ】，因【yīn】此我【wǒ】们继续【xù】延用这种斯特林机组。这样短距离【lí】的输送可以减少热能损失，而且我们之前做斯特林机组【zǔ】的【de】时候，会考虑在一个集【jí】装箱里面【miàn】，通过放五【wǔ】台、七台、十台机组实现一定程【chéng】度上的规模化、紧凑的设计。另外根据过去近十【shí】年的斯【sī】特【tè】林机组运【yùn】行情况，我们免维【wéi】护周期约【yuē】为一年，也就是一【yī】年维护一次。
这是储热【rè】的【de】斯特【tè】林基本的结构。大家可以【yǐ】看到【dào】，机组是一个双【shuāng】缸【gāng】的发动机，左边是热【rè】气缸【gāng】，也就是膨胀气【qì】缸，右边是冷气缸。中间横着的管道是气【qì】体【tǐ】存储部件，当【dāng】斯特林【lín】机组不工作的时候，需要把里面的【de】氢气【qì】或【huò】者氦【hài】气回流到里面储存起【qǐ】来。上部是改装后的导热部件。
定【dìng】日镜面积2到【dào】3平方米，双【shuāng】曲面【miàn】镜形式，双轴【zhóu】跟踪。由于【yú】斯特林13千瓦，塔高11米，一般情况下大概【gài】需要定【dìng】日镜50到70个，如果这个地方的DNI数据【jù】不【bú】太【tài】理想，那么需要的镜子会多一些;如果DNI好的话可【kě】能镜子会少一些。可以根据不同地【dì】区DNI数据【jù】不同，从而来调节定日镜的【de】个数【shù】，以及【jí】整【zhěng】体的布置。
目【mù】前我们在瑞【ruì】典哥德堡一个实【shí】验室【shì】，之前【qián】2012年鄂尔多斯有【yǒu】一个小型的斯【sī】特林电站，迪拜【bài】也有【yǒu】斯特林电站运行。现在因为跟摩【mó】洛哥合【hé】作，所以希【xī】望很【hěn】快能【néng】在摩洛哥建一个带有储能系统的斯特林示范。
整个【gè】系【xì】统在设计【jì】的时候设计【jì】了远程控制【zhì】，不管是在鄂【è】尔多斯【sī】的电站，还是在迪拜的电站，还是【shì】在摩洛哥的【de】电站【zhàn】，只要在瑞【ruì】典通过电脑系统就可以实时监测电站运【yùn】行情况，能够实【shí】时【shí】的【de】开关电站。
这是【shì】我们实验室的照片，目【mù】前【qián】为止我们已经完【wán】成【chéng】了实【shí】验室测试。首【shǒu】先是关于介质的【de】加热和储热【rè】，介质用的是硅酸铝。其次是把【bǎ】热能通过【guò】纳传输到斯特林进行完【wán】整的工作。第【dì】三，根据期望来实现电力【lì】的输出。硅酸铝的工作状态，斯特林的效率，泵的效率，整【zhěng】体【tǐ】的效率【lǜ】基【jī】本上【shàng】符合我们【men】的预期【qī】。
这是一个【gè】简单的示例图，左边是斯特林机【jī】组，在【zài】中间容器里面是硅酸铝【lǚ】Al12Si，两边【biān】是导【dǎo】热的液态钠。下【xià】面是导流系【xì】统，金属钠在【zài】核工业【yè】里面有比较多的应用，一旦【dàn】出现紧急【jí】情【qíng】况，会通过这个系【xì】统【tǒng】把金属纳排出来确保系统的安【ān】全。
上面【miàn】是一【yī】个泵【bèng】的【de】系统，目前泵的【de】一个循环【huán】是25秒，从【cóng】右边的图可以看到，截取了四个时间点，液态钠【nà】在循环过程中所体现出来的【de】导热的性【xìng】质。从实验室的数据来看【kàn】整个【gè】导热性能和温【wēn】度还【hái】是很不【bú】错的。
这张图从外形【xíng】上给大家一个直观【guān】感【gǎn】觉，把原来的斯【sī】特林跟带有【yǒu】储热系统【tǒng】的斯特林比【bǐ】较【jiào】，改造的不同点就在于接收【shōu】面，左边【biān】中间是接收太【tài】阳光的部分。原来斯特林机【jī】的接收面直接接【jiē】收太阳光，加【jiā】热里【lǐ】面【miàn】的【de】氢气【qì】或氦【hài】气完成发【fā】电，现在把它改【gǎi】成装有热传导介质的【de】部件，这样可以【yǐ】直【zhí】接加热储热介质。
这张图看的更加清楚，左边是热气缸，右边是冷气缸。
这是【shì】实验室完成的斯特林【lín】机组发电【diàn】的闭循环，里面用氦气，钠的温度基本上维【wéi】持570度左【zuǒ】右。之【zhī】前【qián】斯特【tè】林机组没有储能【néng】是因为【wéi】工作【zuò】气【qì】体对温度要【yào】求比较【jiào】高，传统槽式和【hé】塔式的【de】熔盐是满足不了它的温【wēn】度要求。
目前太阳能实验室所做的测试用泵是电磁泵。
这是2018年第二季度实验室输出结【jié】果的图，这里需【xū】要说明一【yī】下，目前整个系统都在太【tài】阳【yáng】能实验室【shì】里面，并【bìng】没【méi】有室外定日镜【jìng】的经验。这是【shì】做的【de】整体【tǐ】系统平衡，为什【shí】么是13小时储能【néng】?当然可以做【zuò】一个小时，也【yě】可以做2个小时，6个小时【shí】，13个【gè】小时。我们目前【qián】做了初步的测算，发现13小【xiǎo】时【shí】的【de】储【chǔ】热度电成本会【huì】相对低一些。
右边的图【tú】可以看到，整【zhěng】个系统【tǒng】效率29%。如【rú】果吸收太【tài】阳能【néng】610MWh，定【dìng】日镜镜场的损失176MWh，考【kǎo】虑到【dào】能量【liàng】的损失，最【zuì】后【hòu】进【jìn】入接收面的能量是366MWh。考【kǎo】虑到热损【sǔn】失9MWh，最终【zhōng】被储热系统吸收的是316MWh。考虑到接【jiē】收面的损失和发动机组【zǔ】本身【shēn】的损【sǔn】失，最终【zhōng】可以实现发【fā】电89MWh，系统【tǒng】目前效【xiào】率可以做到29%。我们也在进一步改善，预计两年内系统效率做到30%到31%。
将来我们跟摩洛哥合作，因此我们在【zài】实【shí】验【yàn】室里面【miàn】模拟了这个地区的【de】DNI情况，通过模拟的DNI和【hé】整个【gè】斯特林机组【zǔ】储【chǔ】热系统，实现闭循环。这里【lǐ】截取了9-21到9-21两天储热温度的变化【huà】，斯特林【lín】机组的发电曲线图，可以【yǐ】看到基本上【shàng】曲【qǔ】线还【hái】是很平稳。
目前我们【men】正在做进【jìn】一步改善，通过介质【zhì】的过热性质看如何【hé】提高系【xì】统的效率。
斯特林【lín】机组作【zuò】为【wéi】模块化的一个技术，具有很多的【de】优势，一【yī】方面，它的组装可以很快，不需要水，而且规模可【kě】大可小，从13千瓦到50兆【zhào】瓦，到【dào】100兆瓦都【dōu】可以。平均一【yī】年【nián】维护一【yī】次，维【wéi】护【hù】成本比较低。
我们计划明【míng】年实现技术【shù】检验和【hé】落地，2020年希望能够实现小【xiǎo】批量【liàng】的生【shēng】产，2021年【nián】实现大规模的量产【chǎn】。
