按照設(shè)想，儲(chǔ)能系統(tǒng)作為共享儲(chǔ)能區(qū)，而光熱電站則分布在其周圍，通過槽式或塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)（導(dǎo)熱油或熔鹽）來為中央儲(chǔ)能系統(tǒng)供能，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以存儲(chǔ)20多個(gè)光熱電站搜集的能量，以實(shí)現(xiàn)為電網(wǎng)提供數(shù)天的可調(diào)度電力。
這一概念由麻省理工學(xué)院核工程系的高級(jí)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(rèn)為，該技術(shù)還具備使核電更加可調(diào)度以更好地適應(yīng)完全可再生電網(wǎng)的應(yīng)用潛力。
在2020年度的SolarPACES會(huì)議上，F(xiàn)orsberg介紹了該設(shè)想的總體思路（詳見如下視頻），并將其與美國亞利桑那州裝機(jī)250MW的Solana槽式光熱電站的儲(chǔ)存容量進(jìn)行了比較，該發(fā)電廠的儲(chǔ)存容量為6小時(shí)（容量為每天1500MWh）。
Charles Forsberg指出，Solana 1500MWh的儲(chǔ)能容量與新設(shè)想提出的100GWh的容量將不是一個(gè)量級(jí)的，這一新思路的主要應(yīng)用潛力將在核能利用以及大型光熱發(fā)電園區(qū)方面。比如，中國擁有豐富的太陽能資源，但條件優(yōu)越的地區(qū)往往比較偏僻，需要很長的直流輸電線路，而一條每天運(yùn)行8-12小時(shí)的直流輸電線路是非常昂貴的，所以這些地方有很大的動(dòng)力去考慮開發(fā)可全天候穩(wěn)定輸出、且靈活可調(diào)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
LDES的更多潛在客戶
Forsberg指出，目前美國能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室（如NREL和Sandia等）及其核部門正在調(diào)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(duì)于該技術(shù)來說，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(chǔ)存能源的方法。而該技術(shù)既可以用于核能，又可以跟太陽能結(jié)合，這一點(diǎn)非常有利。該系統(tǒng)甚至可以看作是一個(gè)獨(dú)立的“卡諾”電池，以熱儲(chǔ)存來自電網(wǎng)的電能。這意味著你有三個(gè)市場，所以你的商業(yè)化機(jī)會(huì)大幅上升。
開發(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(yīng)用的道路上、擴(kuò)大規(guī)模時(shí)不能避免會(huì)出現(xiàn)各種問題，但如果經(jīng)濟(jì)性足夠強(qiáng)，就會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力讓人們?cè)敢饣ㄥX去解決這些缺陷。只要基本數(shù)據(jù)看起來足夠好，人們就愿意通過各種途徑去解決問題。”
目標(biāo)：kWh成本為2-4美元
那么，MIT全新的LDES設(shè)想能達(dá)到什么水平呢？
Aljefri強(qiáng)調(diào)，該設(shè)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(guī)模存儲(chǔ)，我們正試圖看看集中存儲(chǔ)來自多個(gè)太陽能機(jī)組或核電站的熱量是否有經(jīng)濟(jì)意義。所以，首先我們做的只是一個(gè)數(shù)值模型，只是為了證明這個(gè)想法是有意義的。
據(jù)悉，他們的目標(biāo)是要比現(xiàn)在的單一光熱電站的儲(chǔ)熱成本低很多，預(yù)計(jì)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(yù)計(jì)，全新LDES技術(shù)的資本成本有望達(dá)到每千瓦時(shí)2到4美元。
按照Forsberg的算法，光熱電站的儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)和一個(gè)發(fā)電機(jī)組的資本成本。但是，如果20個(gè)槽式集熱系統(tǒng)（采用槽式光熱發(fā)電技術(shù)）或定日鏡場（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(chǔ)系統(tǒng)，那就相當(dāng)便宜了。同時(shí)，這種思路可以減掉一半操作人員，因?yàn)椴僮饕粋€(gè)50MW或者500MW的蒸汽裝置，所需的操作人員數(shù)量是差不多的。
工作原理
按照設(shè)想，熱量將被儲(chǔ)存在20米高、50米或更寬、長達(dá)一公里的碎石中。而在儲(chǔ)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(jié)構(gòu)類似于飛機(jī)吊架【可參考下圖】。
系統(tǒng)需要“充電”時(shí)，來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(tǒng)往外“放電”時(shí)，冷的傳熱流體被噴灑在儲(chǔ)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(tǒng)用于發(fā)電。
圖：工作原理（來自Forsberg MIT）
從上圖可以看到，系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過程將在一段一段的子系統(tǒng)中循環(huán)進(jìn)行，子系統(tǒng)在每一個(gè)加熱過程之后都會(huì)有一個(gè)冷卻回收熱量過程。因此，熱量可以連續(xù)地從每個(gè)子系統(tǒng)依次供應(yīng)到電源塊，但整個(gè)操作卻是在一個(gè)單獨(dú)的容器中進(jìn)行。
據(jù)悉，為了將熔鹽或?qū)嵊瓦\(yùn)輸1公里至儲(chǔ)能“深坑”，F(xiàn)orsberg引用了石油行業(yè)在管道中運(yùn)輸熱油方面的豐富經(jīng)驗(yàn)。
Aljefri指出，在想法逐步形成的過程中，許多細(xì)節(jié)也可能會(huì)發(fā)生變化。例如，他認(rèn)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(tǒng)，有自己的發(fā)電機(jī)組單獨(dú)發(fā)電，而只是共用儲(chǔ)能區(qū)；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(chǔ)能區(qū)和發(fā)電機(jī)組。
Aljefri表示：“不同的地區(qū)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(jì)運(yùn)行狀況將決定這里的儲(chǔ)能用途。此外，如果有大量的光伏發(fā)電接入地區(qū)電網(wǎng)，那么電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)這種儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求也會(huì)變得不同，何時(shí)儲(chǔ)能、儲(chǔ)能的來源都要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性來決定?？偟膩碚f，儲(chǔ)能系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)要以確保電網(wǎng)更加高效為目標(biāo)。”
目前，Aljefri在麻省理工學(xué)院研究的是一個(gè)核反應(yīng)堆的儲(chǔ)熱裝置，該裝置白天用來儲(chǔ)能，天黑后則對(duì)外釋放。但正如Forsberg所指出的，這種長時(shí)熱能儲(chǔ)存技術(shù)對(duì)核能和聚光太陽能發(fā)電均適用，甚至可以用于儲(chǔ)存多余的太陽能光伏或風(fēng)電。
活動(dòng)預(yù)告
中國光熱行業(yè)最大規(guī)模、最高層次、最專業(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。
大會(huì)將邀請(qǐng)相關(guān)政府單位、研究機(jī)構(gòu)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(diào)、謀好局。
