美国设计出新型聚光太阳能热发电系统—STEALS
发布日期：2018/4/8
近几年来太阳能光伏产业发展迅速，过去3年已新增超过300GW发电量，用途已从公用事业拓展到住宅太阳能系统，发电电价也可与燃煤发电相竞争。相较之下，同为太阳能家族的聚光太阳能热发电（CSP）发展步调就很缓慢，3年内仅增加1.5GW，美国甚至在2015年9月之后都没有加装任何CSP系统。
CSP优势为能在夜间时段将储存起来的热能转化成电，再将电力贩卖给中央电网，以每KWh20美元来计算，其成本可与KWh150美元的锂离子电池竞争。但CSP系统需要广泛的装设土地，建置费用也动辄10亿美元以上，可供给中央电网的电力也稍嫌不足，导致营利效果低于太阳光伏许多，而庞大的建置费用也意味着CSP只能用于公用事业，不像太阳光伏可迅速扩张，进而刺激产业进展。
为提升CSP太阳能发展优势，美国国家再生能源实验室（NREL）与科罗拉多矿业学院（CSM）提出截然不同的新设计。他们将传统的的CSP电厂规模缩小1,000倍，可说是从平均545MW降至0.76MW。为降低成本，团队还采用更廉价的材料和被动热传（heattransfer）机制，并另外设计一个太阳能发电塔，包括新型热储存与动力区块（powerblock）。
系统名为STEALS，透过回收铝来储存热能，每KWh成本可减少至12美元，并采用新型的热流控制方法，利用自带阀门的热虹吸管（valvedthermosyphon）来控制热量传递与传热液（heattransferfluid）。
STEALS使用史特林发动机（Stirlingengine，又称热空气引擎）将热量转换为电力，且由于其规模比传统CSP小，定日镜（heliostat）光转换效率可从66%提升到84%。根据团队预测，该系统年效率更可达24%，不过史特林发动机比朗肯循环（Rankinecycles）小，热能转换效率仅30%。
定日镜首先将阳光反射到STEALS底部的相变材料（PCM），而与PCM连接的钠热管会将热量输送到各个系统中，热管顶部也会与热虹吸管的蒸发器连接。其中液态钠蒸发后会输送到史特林发动机中，并在发动机上方凝结，之后液态钠会再回流至蒸发器。为调节电力输出，调整阀门开关可控制钠流量与从储热器到动力区块的热量。
研究成本分析指出，STEALS可依照功率需求设计产品规模，未来除了可望与太阳能、锂离子电池和燃煤发电厂竞争，也能与风能和太阳光伏互补，加速电网达到100%绿能。该研究已发布在《AppliedEnergy》。
来源：科技新报
