不像煤炭、天然气和核能,很多可再生能源都有间歇性的问题,太阳能和风能就是典型代表。如果日照不足或者无风,这些可再生能源就无法有效发挥作用。
为了能够有效解决这个问题,可再生能源储存成了一个重要的研究方向。近日,一个由美国能源部助资助、名为太阳能储存(SolarReserve)的项目在加利福尼亚启动,该项目希望解决太阳能发电的间歇性问题。
SolarReserve得到了美国能源部7.37亿美元的资助,旨在为内华达州一个名为Crescent Dunes的太阳能热电项目做能量储存。Crescent Dunes项目发电规模为110兆瓦,使用镜面把太阳光反射到阵列中央的一个中心接收塔上。中心接收塔上的蒸汽锅炉将驱动涡轮机,从而产生清洁、可再生的电力。
负责Crescent Dunes项目的Tonopah Solar Energy公司表示,SolarReserve将采用熔盐法来储存太阳能。这个方式不仅经济还很高效,能够为该发电厂的客户NV Energy提供稳定的电力供应。NV Energy和Tonopah Solar签订了一项电力购买合同,前者将在25年的时间里购买该项目产生的太阳能电力。
有关熔盐太阳能储存技术,我曾于不久前同Solar Reserve项目的CEO凯文·史密斯进行过讨论。史密斯告诉我,熔盐法的最大优势是,盐在500℃以上的高温环境下会以液态呈现,就好像水一样,即便到1050℃仍能保持液态。因此我们可以将其加热并在高温环境下储存,并在需要时再进行使用。
其实熔盐太阳能储存并不是什么新技术。早在20世纪70年代,美国能源部在莫哈韦沙漠(位于加利福尼亚州西南部)一个名为“Solar One”的太阳能热电厂项目中,就应用了这一技术。这次的SolarReserve项目就是借鉴了当时的经验。该热电厂一直运行到20世纪80年代,到20世纪90代进行了改良并升级为“Solar Two”,于1996年重新运作,并配备了当时最先进的太阳能熔盐储存设备。
到了21世纪,太阳能熔盐技术也随之发展。当时负责太阳能储存项目的Rocketdyne公司如今已被Pratt & Whitney division of United Technologies吞并,后者与美国可再生能源集团合作,共同负责这次的SolarReserve项目。而史密斯也承认,即便在2008年金融危机最为严重的时候,政府也仍给予该技术大量资金支持。
于是我很疑惑,经过了这么多年的发展,这个技术不是应该已经很成熟,完全能够进行市场化运作了么?而史密斯给我的答复是:这个问题要分几点来回答。“首先,政府过去在能源政策方面给予煤炭、石油、天然气以及核电等其他能源的补贴仍较多。其次,美国太阳能储存技术公司的海外市场竞争力还不够。我们需要同德国、西班牙、法国等各国公司进行竞争。这些公司背后都有来自政府的强力支持,我们想要在竞争中胜出尤为困难。看看美国光伏市场,虽然政府也一直在发展太阳能光伏技术,但目前美国超过半数的太阳能电池板仍依靠进口。政府给予我们的支持还远远不够。”
第三个原因他并没有说出口,但我也明白。那就是政府对于大量使用化石燃料给气候变化带来的影响认识不足。
那么,与其他低碳能源技术相比,熔盐太阳能储存技术的竞争力究竟如何?其实,与核电以及清洁煤技术相比,太阳能熔盐技术有足够的竞争力。至于风电,尽管在成本上熔盐太阳能储存技术不占优势,但有效解决间歇性问题才是电网更为需要的。”
史密斯告诉我,SolarReserve项目中的电力批发价为每千瓦时13.5美分。尽管高于目前的平均电价,但是由于同购买方NV Energy签订了25年的长期合同,因此这个价格在未来几年几乎不会出现任何上涨,因为对于太阳能发电厂来说,几乎没有燃料费的开销。NV Energy公司2010年的平均电力零售价为每千瓦时11.52美分。这同2000年相比上涨了约3%。不出几年,SolarReserve项目的电力批发价格就将低于NV Energy公司的平均电力零售价。
提到可再生能源发电,过去人们似乎总是不太欢迎,不管是电力公司还是消费者都是如此。似乎总维持着一个政府卖力推动但人们不买账的尴尬局面。但现在,这个状况应该改变了。不论对电力公司还是消费者来说,SolarReserve都绝不是一个会让他们吃亏的项目。更为重要的是,该项目将给美国应对气候变化带来更多帮助。假如该项目一切运行顺利,那么真的将会创造一个共赢的格局。只要有机会,这些公司就能向民众证明,太阳能绝对会成为可以依赖的电力供应来源。
背景链接
利用熔盐存储“热能”是太阳能发电厂的一项能源储存技术。与普通的太阳能发电厂相比,熔盐太阳能发电厂最大的不同在于前者直接利用太阳能转化为电能,而后者则不然。两者相比,熔盐的最大优势在于它一旦冷却就可以重新利用。更可贵的是,熔盐易于储存。
太阳能被抛物柱面镜吸收,反射并集中于一个中央接收管,热媒(HTF)在内部一个封闭的回路循环。热媒被太阳辐射加热到393℃,在管壳式换热器中产生过热蒸汽,再在293℃下返回太阳能辐射接收器。为延长日照以外的运作操作,两个熔盐储罐组成的热能储存系统应用到太阳能电厂。白天所收集的太阳能,部分地被储存起来,也就是在384℃左右时的熔盐装入一个熔盐储罐。 在需要的时候,释放这些热能,熔盐由泵从热的储罐,经管壳式换热器转到冷的储罐,在此过程中被冷却到292℃左右。
在此配置下,来自太阳能场的393℃的热媒被分流到换热器,热量传给来自冷储罐的熔盐,熔盐被加热并储存到热储罐。当需要的时候,过程与此相反,熔盐从热储罐被泵送到同一个换热器,熔盐释放热能到冷的热媒。