瑞典Azelio AB公司(原【yuán】Cleanergy)一直致【zhì】力于碟式斯特林【lín】技术【shù】的研究，在此【cǐ】前召开的CSP Focus光热发【fā】电创【chuàng】新【xīn】大会上，Azelio中国区产品总监吴慧国便发表了题为【wéi】“Azelio新型的带有【yǒu】储热系统【tǒng】的【de】斯特林光【guāng】热解决方案”的主题【tí】演讲，详【xiáng】细分享了该技术的研发过程和【hé】未【wèi】来商业【yè】推广计划。
以下为具体内容分享：
Azelio大家可能比较陌【mò】生，Cleanergy更熟悉一【yī】些【xiē】。因为公司层面的原因【yīn】，我【wǒ】们在今年6月【yuè】份的时候，把公司的名称改【gǎi】成了Azelio，但【dàn】是中【zhōng】国分公司还【hái】叫做科林洁能。
碟式斯特林【lín】作为【wéi】一种光热【rè】技术，由于之前没有【yǒu】储【chǔ】热系统，所以在政【zhèng】策上和整个市场推【tuī】进【jìn】上【shàng】一直遇到【dào】很多阻碍，我【wǒ】们在过去的十多【duō】年，一【yī】直专注于斯特林发动机标准化、商业【yè】化运行，积累了很多【duō】年碟式斯【sī】特林【lín】发【fā】电运行经验，现在碟式斯特林一方面通过与【yǔ】多能互补的【de】示范区的合作，因为没有储热，所以【yǐ】只能通过【guò】外部储能和系统的运行【háng】，这是一【yī】种方向;另外是斯特林发动机本身【shēn】的【de】储热【rè】研发，今天我【wǒ】主要跟【gēn】大家【jiā】介【jiè】绍一下我【wǒ】们公司目前【qián】正【zhèng】在做的关于斯特林的储热方案，这个方案【àn】是跟【gēn】摩【mó】洛哥MASEN一起合【hé】作的。
我们【men】都知道，根据国际能源【yuán】署的报告，从全球范【fàn】围来说，迷你【nǐ】型电网和离网型太阳能【néng】所【suǒ】占的比重和发挥的作用是非【fēi】常【cháng】大的。全【quán】球【qiú】范围内到2030年，在迷你型【xíng】电网和离【lí】网型【xíng】电站的投入也会越来越大。所以【yǐ】跟【gēn】其他的发电类型相【xiàng】比，可【kě】能槽式、塔式可【kě】以上【shàng】规模，50MW、100MW都可以。但我们目前也可以【yǐ】做大型的电站【zhàn】，因为斯【sī】特林有一个【gè】特征【zhēng】是模块化的，可以做【zuò】一个，做十个，也可以做一百个【gè】，只要【yào】同样的模【mó】式复【fù】制。但在全球范围内，我们对【duì】大项目也可【kě】以考虑，但是【shì】我们的目标希望更【gèng】多的做【zuò】一些50MW以下的，储【chǔ】热【rè】储能的时间相对比较【jiào】长的一些项【xiàng】目。
接下来【lái】我从技术概念设计几个方面介绍一下我们的发电单元【yuán】，包括定日镜，斯特林机组，包括【kuò】定制化和发展。可能【néng】大家看到【dào】这个图片【piàn】会想，这已经不【bú】再是碟式斯特林了。其实在做【zuò】这个【gè】方案的时候，我们考虑过，因【yīn】为【wéi】在塔【tǎ】的顶端【duān】，盒子里面除了有斯特林发电机之外还【hái】有储【chǔ】热系【xì】统，所以整体【tǐ】重【chóng】量比较【jiào】大【dà】。如果【guǒ】仍然用碟盘的话，那么【me】要求会比【bǐ】较高，而且【qiě】碟盘本身没有太多的灵活性，所【suǒ】以我【wǒ】们采用【yòng】了【le】这种迷你型塔式的设【shè】计【jì】。采【cǎi】用【yòng】这【zhè】种【zhǒng】定日镜的方式，一【yī】方面大大【dà】的减少了【le】投【tóu】资，另【lìng】一方面因【yīn】为定【dìng】日镜的数【shù】量是可以根据不同地域的DNI数【shù】值进行协调，所以增加了很多灵活性。
我们先来看一下斯特林储热技术概【gài】念设计，首先斯特【tè】林【lín】作为【wéi】发【fā】电【diàn】效【xiào】率最高的发电技【jì】术，有【yǒu】着200多年历【lì】史，在过去的十多年我们一直在【zài】努力【lì】的【de】把它商【shāng】业化【huà】，我们要继续【xù】保持这种很高【gāo】的系统效率。第二是考虑技术的【de】可行【háng】性。第三个是考虑生产和成【chéng】本的问题，所以我们改用了定【dìng】日镜+塔的形式。
设计储热【rè】时长是13小时，储热介质是用【yòng】硅酸铝，导【dǎo】热介质用的【de】金属【shǔ】钠，大家可以看到【dào】图上，圆的【de】里面【miàn】是储热和导流介质【zhì】，斯特林机【jī】组在旁边，这种储热的热【rè】能距【jù】离斯特【tè】林机组很短【duǎn】，可【kě】以【yǐ】减少传输过程中能量的损失，这种【zhǒng】设计很紧凑。
具体来【lái】看，下面是聚焦接收面【miàn】，从【cóng】这个图上【shàng】可以看到【dào】主要的储【chǔ】热【rè】系统，泵系统，斯【sī】特林机组【zǔ】，和冷却系统，我们公司的斯特林机组单台容量是13千瓦，因此我们继【jì】续延【yán】用这种【zhǒng】斯特林【lín】机组。这样短【duǎn】距离的输送可【kě】以【yǐ】减少热能损失【shī】，而且【qiě】我们之前【qián】做斯特林【lín】机组的时【shí】候，会考虑【lǜ】在一【yī】个【gè】集【jí】装箱里面，通过放五台、七台、十台机【jī】组实现一定程【chéng】度上的规模【mó】化、紧凑的【de】设计。另外根据过去近【jìn】十年的斯特林机【jī】组运行情况，我们免维护周期约为一年，也就是【shì】一年维护一次。
这是储热【rè】的斯特林基本的结构。大【dà】家【jiā】可【kě】以看【kàn】到【dào】，机组【zǔ】是一个双缸的发动机，左边是热气缸，也就是膨胀气缸，右【yòu】边是冷气缸。中间横着的管道是气【qì】体存储部件，当【dāng】斯【sī】特林机组不工作【zuò】的时候，需要把里面的氢【qīng】气【qì】或者氦【hài】气【qì】回流【liú】到里面储【chǔ】存起来。上部是【shì】改装后【hòu】的导热部件。
定【dìng】日镜面【miàn】积2到【dào】3平方【fāng】米，双曲面镜形式【shì】，双轴跟踪【zōng】。由于【yú】斯特林13千瓦，塔高11米，一般情况下大【dà】概需要定日【rì】镜50到70个【gè】，如果这【zhè】个地方的【de】DNI数据【jù】不太理想，那么需【xū】要的镜【jìng】子会多一些;如【rú】果DNI好【hǎo】的【de】话可能镜子【zǐ】会少一些。可以根据不同地区【qū】DNI数据【jù】不同，从而来【lái】调节定日镜的个数，以及整体的布置。
目前【qián】我【wǒ】们在瑞典哥德【dé】堡一个实验【yàn】室，之前2012年鄂尔多斯有【yǒu】一【yī】个小型的斯特【tè】林【lín】电站，迪拜也有斯特林电站运行。现在因为跟【gēn】摩洛哥合作【zuò】，所【suǒ】以希望【wàng】很快能在摩洛哥建一个带有储能系统的斯特林示范。
整个系统在设计【jì】的【de】时候设计了远程控【kòng】制，不管是在【zài】鄂尔多斯的电站，还是在迪拜的电站【zhàn】，还是【shì】在【zài】摩洛哥的电站，只要【yào】在瑞典【diǎn】通过电【diàn】脑系统【tǒng】就可以实时【shí】监测电【diàn】站【zhàn】运行情况，能够实时的开【kāi】关电站。
这是我们实【shí】验室的照片，目【mù】前【qián】为止我们已经【jīng】完成了实验室测试。首先【xiān】是关于介质的加热和储热，介质用【yòng】的【de】是硅酸【suān】铝【lǚ】。其次是把热能通【tōng】过纳传输到斯特林进行完整的工作。第【dì】三，根【gēn】据期望来实现电力的输出。硅酸【suān】铝的工作【zuò】状【zhuàng】态【tài】，斯特林的效率，泵的效率，整【zhěng】体的效率基【jī】本【běn】上符【fú】合我【wǒ】们的预期。
这是【shì】一个简单的示例【lì】图，左边是斯特【tè】林机【jī】组，在中间容器【qì】里面是硅酸铝【lǚ】Al12Si，两边是【shì】导热的液【yè】态钠。下【xià】面【miàn】是导流【liú】系统，金属钠在核工【gōng】业里面有比较多的应用，一【yī】旦出【chū】现紧急【jí】情况，会通过这个系统把金属纳【nà】排出来确保系统的安全。
上面是【shì】一个泵的【de】系统，目前泵【bèng】的一个循环是25秒【miǎo】，从右边【biān】的图【tú】可以【yǐ】看到，截取了四个时间点【diǎn】，液【yè】态钠在循环【huán】过程中所体现【xiàn】出来的导【dǎo】热的性质【zhì】。从实验【yàn】室的数据来看整个导热【rè】性能和温度还是很不【bú】错的。
这【zhè】张图从外形上给大家一个【gè】直【zhí】观感觉，把【bǎ】原来的斯特林跟带有【yǒu】储热系统【tǒng】的斯特林比较，改造【zào】的不同点就在于接收面，左边中间是接收太阳光的部【bù】分。原来【lái】斯特林机的接收面直【zhí】接接收【shōu】太阳光【guāng】，加热里【lǐ】面的氢气或氦【hài】气完成发电【diàn】，现【xiàn】在把它改成装有热传导介质【zhì】的部件，这【zhè】样【yàng】可以直【zhí】接加【jiā】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。
这是实验【yàn】室完成的斯特林机组【zǔ】发电的【de】闭循环，里【lǐ】面用氦气【qì】，钠的温度基本上维【wéi】持570度左右。之前斯特林【lín】机组没有储能是因为工作气体【tǐ】对【duì】温度要求比较高【gāo】，传统槽【cáo】式和塔【tǎ】式的熔盐是【shì】满足不【bú】了【le】它【tā】的温度要求。
目前太阳能实验室所做的测试用泵是电磁泵。
这是2018年第【dì】二【èr】季度实验室输出【chū】结果的图【tú】，这【zhè】里需要说明一下，目前整个系统都在【zài】太阳【yáng】能实【shí】验室里【lǐ】面【miàn】，并没有室【shì】外定日镜的经验【yàn】。这是做的【de】整体【tǐ】系统平衡，为什么是13小时储能【néng】?当然可【kě】以做一个小时【shí】，也可以【yǐ】做2个小时，6个小时，13个小时。我们目前做了初步的测【cè】算【suàn】，发【fā】现13小【xiǎo】时的储热【rè】度电【diàn】成本【běn】会相对低一些。
右边的【de】图可以看到【dào】，整【zhěng】个系统效率29%。如果吸【xī】收太阳【yáng】能【néng】610MWh，定日镜【jìng】镜场的损失【shī】176MWh，考虑到能【néng】量的损失，最后进入接收面的能量是366MWh。考虑【lǜ】到热损失9MWh，最终被储热系统吸收的是316MWh。考【kǎo】虑到【dào】接收【shōu】面【miàn】的损失和【hé】发动【dòng】机组本身的【de】损失，最终可以实现【xiàn】发电89MWh，系【xì】统目前【qián】效率【lǜ】可以做到29%。我们也在进一步改善【shàn】，预计两年内系统效率【lǜ】做到30%到31%。
将来我们跟摩【mó】洛哥【gē】合作，因【yīn】此我们在实验室里【lǐ】面【miàn】模拟了这个【gè】地区的DNI情【qíng】况，通过【guò】模拟的DNI和整个斯特林机【jī】组储【chǔ】热系统，实现闭循环。这里截取【qǔ】了9-21到9-21两天储热温度的变化，斯特林机【jī】组【zǔ】的【de】发电【diàn】曲线图，可以看到基本【běn】上【shàng】曲线【xiàn】还是很平【píng】稳。
目前我【wǒ】们正在做进一【yī】步改善，通【tōng】过介质的过热性质看如何提【tí】高系【xì】统的效率【lǜ】。
斯【sī】特林【lín】机组作为模块化【huà】的【de】一个技术，具【jù】有很多【duō】的优势，一【yī】方面，它【tā】的组装可以很快，不需要【yào】水【shuǐ】，而且规模可大可【kě】小，从【cóng】13千瓦到50兆瓦，到100兆瓦都【dōu】可以【yǐ】。平均一年维护一次，维护成本比较低【dī】。
我【wǒ】们计划明年实现【xiàn】技术检验和落地，2020年希望能够【gòu】实现小批【pī】量【liàng】的生产，2021年【nián】实现大【dà】规模的量产。
