能源转型 | 10/27/2022

聚光太阳能成为能源转型的关键推动力

作者:Jeff Parish

聚光太阳能(CSP)将太阳能存储为热能,供公用事业公司生产无碳电能。CSP电厂每天可实现18至24小时发电,尤其是在太阳能板无法工作的夜间。

这种储能形式提供基础能量源,可提升运营效率,降低成本。在工业应用中,CSP也可以用作制造工艺的热源。

CSP电厂的温度高达600°C (1,112°F),需要专用、可靠的流量控制设备进行散热并保持运行。如果您的公司可以克服CSP的技术挑战,将会获得以下益处:

  • 降低与产能相关的二氧化碳(CO2)排放量
  • 实现从化石燃料向零碳能源过渡的目标

开发像CSP这样的可再生能源,是卓越能源转型战略的核心。这正是我在“目的地创新”(Flowserve的虚拟展览会)上谈到的内容。利用这种无碳的储能方法的终极目标是为水泥和玻璃制造、制氢(H2)、海水淡化和食品加工等工艺流程提供所需要的温度。

可靠地加热工业流程

CSP能够高效、可靠地将热量存储为能量,使工厂在日落后继续运行。与传统太阳能电厂中使用的光伏 (PV) 技术相比,该特点正是CSP的关键优势。

CSP的设计与温度容量的快速进步,正在推动这项技术的采用:

  • ~全世界有5,000 MW的商用发电业务
  • ~在未来两到三年内,计划新增产能为4,300 MW

抛物线槽是最常见的CSP配置。该装置将太阳光聚焦到内部有熔盐循环的管道上。这些熔盐吸收的热量被不断转移到储能器中,用于立即或稍后发电。CSP直接用于工艺流程时,残余或工艺废热还可用于为设施发电,或者传输到公用事业的电网。

电塔是最常见的新型CSP电厂设计。电塔可在更高温度下运行,比抛物线槽更加高效。所有CSP系统均使用硝酸盐,但不久就会发生变化。对更高运行温度和更高效率的追求驱动电厂转向氯盐和更强大的流量控制设备结构。这样,CSP电厂不仅能够承受更高温度,还可以应对更加具有腐蚀性的环境。

CSP系统性能:阅读“太阳能发电中的流量控制”: 第1部分第2部分

支持采用CSP技术的下一步

对更高效率和更低成本的追求,正在挑战着当前解决方案的极限。CSP的目标是到2030年实现$0.05/kWh,而要实现这一点,系统的可靠性必须提高。

有待解决的挑战之一,是如何提高抗腐蚀能力并尽可能减少泄漏。

使用硝酸盐的CSP(第2代)装置,可以达到580°C(1,076°F)的运行温度。而在第3代CSP装置中使用氯盐或氟盐,可以使运行温度达到750°C(1,382°F)或更高。

氟盐价格高昂。氯盐价格稍低,但更具有腐蚀性,也就说,他们能够损坏阀门,导致设备故障和意外停工。使用氯盐要求为阀门和泵开发新型用材。还需要使用高强度镍材的先进的阀门设计,以便更好地应对腐蚀性环境。

在这些难题中,首先要解决的是目前使用硝酸盐CSP电厂面临的问题,如填料和垫片漏盐、维护窗口期短和系统从盐冻结的情况中恢复。

承受高温和动态密封的考验

为了使您对CSP设施的投资实现最大化收益,请与提供成熟熔盐阀门和立式涡轮泵产品组合的专家合作。Flowserve是此类应用的领导者。我们设计的流量控制设备可以在最恶劣的环境中运行数十年,并且具有最高的性能和可靠性。

举例来说,Flowserve生产的Valtek® Mark One™截止阀被指定为CSP系统的控制阀和隔离阀。公司目前安装的第2代配置更包括了波纹管密封和加压金属O型圈的垫片密封。这些功能与阀体螺栓下的特殊负载垫圈相结合,可以补偿热膨胀问题,保持动态密封,并提供成熟的密封能力以防止泄漏。

谨慎的加热控制和温度监测有助于防止波纹管在固体盐存在的情况下发生弯曲。

鉴于第3代配置使用了更具腐蚀性的氯盐,并且对于运行温度有着更高的要求,可以通过使用新型材料搭配各种设计变更来满足性能要求。

Gemasolar是一座带有熔盐储热系统的聚光太阳能发电站,位于西班牙塞维利亚省的Fuentes de Andalucía市范围内。

Gemasolar是一座带有熔盐储热系统的聚光太阳能发电站,位于西班牙塞维利亚省的Fuentes de Andalucía市范围内。

优化成熟的控制阀设计

我们的下一代控制阀技术在阀门组件制造中使用高强度的镍合金和陶瓷。此外,我们还开发了抗氧化、抗腐蚀和抗盐填料的加压双填料系统。需要维护时,我们的快换填料罐可实现轻松更换。

用于CSP应用的Valtek Mark One控制阀现在包含了特殊密封件,可以在不发生泄漏的前提下处理热循环。新的多层加压波纹管结构技术降低了波纹管壁上的压力差,使此类密封件的寿命更长,抗腐蚀和抗断裂能力更强。

同样,通过自身热管理系统(TMS)进行系统温度控制的新方法,也大大增强了CSP系统从盐冻结中恢复的能力。

而且,我们并没有就此止步。Flowserve正在开发将腐蚀区与关键阀门部件隔离的方法,以延长阀门的使用寿命。通过将这些改进与我们成熟的第2代CSP技术和经验相结合,一个完整的控制阀系统将应运而生,解决CSP工厂运营商目前遇到的所有难题。

与熔盐工艺专家合作

像贵公司这样对CSP设施进行持续投资,有助于推动熔盐技术的不断进步,包括从石化工艺和低压液体盐燃料第4代反应堆系统中引进其他类型的盐,以便更有效地转移和储存热量。

将这些技术推向市场的方式,必须使您能够满足项目时间表,实现业务目标,并完成您的能源转型目标。这就要求流量控制设备合作伙伴拥有全球资源,对创新材料有着深厚的工程专业知识,并且具有应对高温和腐蚀性CSP环境的设计能力。

还需要具有先进测试能力的流量控制合作伙伴。这将是您投资新控制阀设计的唯一途径。与这样的合作伙伴一起工作,可以确保您的关键能源供应系统最大限度地减少泄漏、提高效率,并可靠地运行和避免意外停机。

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Flowserve专业知识:这是我们的员工

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Jeff Parish | 技术开发 - 阀门应用专家

Jeff Parrish是一名阀门应用专家,同时也是Flowserve开发下一代阀门技术的团队成员,该团队专注于能源转型。Jeff是我们熔盐阀门设计、甲烷热解制氢 (H2)、第4代小型模块化反应堆 (SMR) 和熔盐反应堆 (MSR) 开发、超临界CO2动力循环,以及高温熔盐碳捕获方面的专家之一。