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熔鹽儲熱傳熱漸成CSP主流應用 瓶頸待解

作者:中國儲能網(wǎng)新聞中心 來源:CSPPLAZA 發(fā)布時間:2013-11-07 瀏覽:
中國儲能網(wǎng)訊:在光熱電站開發(fā)中,熔鹽作為一種性能較好的傳熱、儲熱工作介質(zhì),已成為當前光熱電站實現(xiàn)長時間穩(wěn)定發(fā)電的重要保障。但其同時也面臨著易凍堵、價格波動較大等應用障礙。

熔鹽儲熱漸成主流

已經(jīng)在多個實際電站項目中有應用的傳統(tǒng)的熔鹽一般由60%的硝酸鈉和40%的硝酸鉀混合而成,美國和西班牙的多個CSP電站都采用了這種熔鹽。實踐證明,配置儲熱系統(tǒng)可以使光熱發(fā)電與不穩(wěn)定的光伏和風電相抗衡。這樣的配置也使CSP電站能夠?qū)崿F(xiàn)24小時持續(xù)供電和輸出功率高度可調(diào)節(jié)的特性,也使其有能力與傳統(tǒng)的煤電、燃氣發(fā)電、核電的電力生產(chǎn)方式相媲美,具備了作為基礎支撐電源與傳統(tǒng)火電廠競爭的潛力。

一直以來,更多的可應用于光熱發(fā)電的儲熱介質(zhì)也在被持續(xù)研究和開發(fā),但截至目前,還沒有一種可以與熔鹽相媲美。

歷史已經(jīng)證明了熔鹽在光熱電站中的應用價值。2009年3月,西班牙Andasol槽式光熱發(fā)電成為全球首個成功運行的,配置熔鹽儲熱系統(tǒng)的商業(yè)化CSP電站。2010年,意大利阿基米德4.9MW槽式CSP電站運行,成為世界上首個使用熔融鹽做傳熱介質(zhì),并做儲熱介質(zhì)的光熱電站。2011年7月,Torresol能源公司19.9MW的塔式光熱電站Gemasolar全球范圍內(nèi)首次成功實現(xiàn)24小時持續(xù)發(fā)電,這同樣歸功于熔鹽儲熱技術(shù)的應用。

伴隨熔鹽儲熱技術(shù)的日漸成熟,越來越多的CSP電站開始使用熔鹽技術(shù)。見下表:

表1:待完成的配置熔鹽儲熱系統(tǒng)的CSP電站列表

除了上表所示,在中國甘肅和青海的兩個50MW的槽式光熱電站項目(中廣核德令哈50MW,華電甘肅金塔50MW)也確定將采用熔鹽技術(shù)。BrightSource也將在其規(guī)劃建設的Siberia電站和Sonoran West電站項目中采用熔鹽技術(shù),熔鹽儲熱技術(shù)的應用已漸成常態(tài)化。

熔鹽傳熱日漸興起

      熔鹽同時作為一種性能較好的傳熱介質(zhì),工作溫度可達560攝氏度是傳統(tǒng)的碳氫化合物和導熱油等傳熱介質(zhì)所無法相比的??偟膩碚f,熔融鹽是一種成本低、壽命長、換熱性能好的高溫(大于500℃)、高熱通量(大于105W/m2)和低壓(<2bar)傳熱介質(zhì)。見下表:

表2:多種傳熱介質(zhì)優(yōu)缺點對比


熔融鹽作為傳熱介質(zhì)與導熱油作為傳熱介質(zhì)的槽式光熱電站原理圖:

圖1:熔鹽和導熱油分別作為傳熱介質(zhì)的CSP電站原理圖


從圖中可以看出,使用熔鹽作為傳熱和儲熱介質(zhì),可省去一道熱交換工序。高溫熔鹽直接進入熔鹽罐后輸出加熱水產(chǎn)生過熱蒸汽發(fā)電。而使用導熱油作傳熱介質(zhì),熔鹽作儲熱介質(zhì),則需要導熱油與熔鹽進行一次換熱,增加了工序的復雜度。這將節(jié)約約30%的儲熱系統(tǒng)建設成本,同時提高了整體換熱性能。
與傳統(tǒng)的傳熱介質(zhì)導熱油相比,熔鹽的工作溫度更高,而且不易燃,無污染,對環(huán)境較友好。

伴隨熔鹽作為傳熱介質(zhì)的研發(fā)應用,多個CSP電站也將采用熔鹽作為傳熱工質(zhì)。下表列出了使用熔鹽作傳熱介質(zhì)的CSP電站項目:

表3:待完成的使用熔鹽作傳熱介質(zhì)的CSP電站項目列表

熔鹽的缺點在表2中也已列出,其最大的屬性缺陷在于較高的凝固點,這使其較易造成集熱管管路堵塞。西班牙能源環(huán)境技術(shù)中心的Jesus Fernández-Reche表示,在儲熱罐中,熔鹽的凝固不會引起太大問題,在西班牙已運行電站的熔鹽儲熱系統(tǒng)中,熔鹽罐的溫度每天僅下降約1攝氏度。但在傳熱系統(tǒng)中,熔鹽的凍結(jié)將會造成較大風險,嚴重的可導致槽式電站集熱管的斷裂等。

為克服上述缺點,全球多家單位都在進行低熔點熔鹽的研制。挪威Yara國際公司、中國的北京工業(yè)大學等機構(gòu)都宣稱已開發(fā)出低熔點熔鹽,但都尚待實際電站的運行檢驗。

不穩(wěn)定的熔鹽價格

經(jīng)濟方面,熔鹽的成本一直以來并不太穩(wěn)定,這主要是由于熔鹽的主要組成與化肥的成分相似,其價格較易受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響而波動。

另外,化肥等其他一些產(chǎn)業(yè)需要的鹽的純度與CSP的熔鹽需要并不相符,這意味著需要特殊的生產(chǎn)工序來滿足CSP的應用需求。

“這些因素的相互作用使得熔鹽的價格波動很大,范圍從約1美元到10美元1公斤不等。也正因為如此,熔鹽儲熱系統(tǒng)的成本較難預測。”Fernández表示。

世界上較大的硝酸鹽供應商,智利的SQM公司的太陽能業(yè)務銷售總監(jiān)Giuseppe Casubolo認為,全球范圍內(nèi)的化肥需求量的穩(wěn)定將可能使熔鹽的價格趨于穩(wěn)定。

此外,Casubolo還表示,作為光熱發(fā)電用熔鹽的供應商,一般都會著眼于這個潛力較大的新興市場,在價格上會給予客戶一定程度的優(yōu)惠來獲得更大的市場份額。“我們已經(jīng)為進入并占據(jù)CSP市場做出了一些努力,包括提供優(yōu)惠價”。

對于單個的CSP項目,我們也會與客戶就熔鹽的供應簽訂固定價合同,以便客戶可以更清晰地掌控電站的建設運營風險。

供應商如果對中長期的全球CSP熔鹽需求市場有更具遠見的統(tǒng)一的認識,他們可以做的更好。比如可以通過定期在CSP行業(yè)內(nèi)發(fā)布熔鹽價格數(shù)據(jù)和趨勢,以便CSP行業(yè)更加準確地掌握熔鹽市場信息,而非單個項目地逐個去談交易價格。“這樣可能并不能使熔鹽價格快速趨于穩(wěn)定,但至少會有較大的幫助。”Casubolo說道。
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關鍵字:熔融鹽 儲熱

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