按照設(shè)想，儲能系統(tǒng)作為共享儲能區(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）來為中央儲能系統(tǒng)供能，儲能系統(tǒng)可以存儲20多個光熱電站搜集的能量，以實現(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250MW的Solana槽式光熱電站的儲存容量進(jìn)行了比較，該發(fā)電廠的儲存容量為6小時（容量為每天1500MWh）。
Charles Forsberg指出，Solana 1500MWh的儲能容量與新設(shè)想提出的100GWh的容量將不是一個量級的，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，而一條每天運行8-12小時的直流輸電線路是非常昂貴的，所以這些地方有很大的動力去考慮開發(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驗室（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：“對于該技術(shù)來說，熱源并非重點，關(guān)鍵是我們必須找到一種可以廉價儲存能源的方法。而該技術(shù)既可以用于核能，又可以跟太陽能結(jié)合，這一點非常有利。該系統(tǒng)甚至可以看作是一個獨立的“卡諾”電池，以熱儲存來自電網(wǎng)的電能。這意味著你有三個市場，所以你的商業(yè)化機會大幅上升。
開發(fā)和部署這些東西需要大量實實在在的資金，而且像任何技術(shù)一樣，在走向商業(yè)化應(yīng)用的道路上、擴大規(guī)模時不能避免會出現(xiàn)各種問題，但如果經(jīng)濟性足夠強，就會產(chǎn)生經(jīng)濟驅(qū)動力讓人們愿意花錢去解決這些缺陷。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強調(diào)，該設(shè)想目前還處于非常早期的階段，仍然是一個想法。第一階段MIT只是想證明這個想法是可行的。這是一種新的大規(guī)模存儲，我們正試圖看看集中存儲來自多個太陽能機組或核電站的熱量是否有經(jīng)濟意義。所以，首先我們做的只是一個數(shù)值模型，只是為了證明這個想法是有意義的。
據(jù)悉，他們的目標(biāo)是要比現(xiàn)在的單一光熱電站的儲熱成本低很多，預(yù)計每千瓦時從30美元降到15美元（目前蓄電池的價格在每千瓦時幾百美元左右）。Forsberg預(yù)計，全新LDES技術(shù)的資本成本有望達(dá)到每千瓦時2到4美元。
按照Forsberg的算法，光熱電站的儲能資本成本是每千瓦時30、25、20美元不等，但這僅僅是一個光熱電站的一個儲能系統(tǒng)和一個發(fā)電機組的資本成本。但是，如果20個槽式集熱系統(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)）只有一個電源塊和一個存儲系統(tǒng)，那就相當(dāng)便宜了。同時，這種思路可以減掉一半操作人員，因為操作一個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，熱量將被儲存在20米高、50米或更寬、長達(dá)一公里的碎石中。而在儲能容器支撐樁的上方是一個氣密的高度隔熱的建筑，整體結(jié)構(gòu)類似于飛機吊架【可參考下圖】。
系統(tǒng)需要“充電”時，來自光熱電站的傳熱流體會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，冷的傳熱流體被噴灑在儲能容器頂部，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)的整個運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)在每一個加熱過程之后都會有一個冷卻回收熱量過程。因此，熱量可以連續(xù)地從每個子系統(tǒng)依次供應(yīng)到電源塊，但整個操作卻是在一個單獨的容器中進(jìn)行。
據(jù)悉，為了將熔鹽或?qū)嵊瓦\輸1公里至儲能“深坑”，F(xiàn)orsberg引用了石油行業(yè)在管道中運輸熱油方面的豐富經(jīng)驗。
Aljefri指出，在想法逐步形成的過程中，許多細(xì)節(jié)也可能會發(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完整的光熱發(fā)電系統(tǒng)，有自己的發(fā)電機組單獨發(fā)電，而只是共用儲能區(qū)；另一種思路則是上邊提到的多個光熱電站共用一個儲能區(qū)和發(fā)電機組。
Aljefri表示：“不同的地區(qū)會有不同的需求。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)濟運行狀況將決定這里的儲能用途。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)對這種儲能系統(tǒng)的需求也會變得不同，何時儲能、儲能的來源都要綜合考慮經(jīng)濟性來決定?？偟膩碚f，儲能系統(tǒng)的具體設(shè)計要以確保電網(wǎng)更加高效為目標(biāo)。”
目前，Aljefri在麻省理工學(xué)院研究的是一個核反應(yīng)堆的儲熱裝置，該裝置白天用來儲能，天黑后則對外釋放。但正如Forsberg所指出的，這種長時熱能儲存技術(shù)對核能和聚光太陽能發(fā)電均適用，甚至可以用于儲存多余的太陽能光伏或風(fēng)電。
活動預(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——2021第八屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會已定于今年5月13日-14日在北京召開。
大會將邀請相關(guān)政府單位、研究機構(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。
