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熔盐储热传热渐成CSP主流应用 瓶颈待解

作者:中国储能网新闻中心 来源:CSPPLAZA 发布时间:2013-11-07 浏览:
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中国储能网讯:在光热电站开发中,熔盐作为一种性能较好的传热、储热工作介质,已成为当前光热电站实现长时间稳定发电的重要保障。但其同时也面临着易冻堵、价格波动较大等应用障碍。

熔盐储热渐成主流

已经在多个实际电站项目中有应用的传统的熔盐一般由60%的硝酸钠和40%的硝酸钾混合而成,美国和西班牙的多个CSP电站都采用了这种熔盐。实践证明,配置储热系统可以使光热发电与不稳定的光伏和风电相抗衡。这样的配置也使CSP电站能够实现24小时持续供电和输出功率高度可调节的特性,也使其有能力与传统的煤电、燃气发电、核电的电力生产方式相媲美,具备了作为基础支撑电源与传统火电厂竞争的潜力。

一直以来,更多的可应用于光热发电的储热介质也在被持续研究和开发,但截至目前,还没有一种可以与熔盐相媲美。

历史已经证明了熔盐在光热电站中的应用价值。2009年3月,西班牙Andasol槽式光热发电成为全球首个成功运行的,配置熔盐储热系统的商业化CSP电站。2010年,意大利阿基米德4.9MW槽式CSP电站运行,成为世界上首个使用熔融盐做传热介质,并做储热介质的光热电站。2011年7月,Torresol能源公司19.9MW的塔式光热电站Gemasolar全球范围内首次成功实现24小时持续发电,这同样归功于熔盐储热技术的应用。

伴随熔盐储热技术的日渐成熟,越来越多的CSP电站开始使用熔盐技术。见下表:

表1:待完成的配置熔盐储热系统的CSP电站列表

除了上表所示,在中国甘肃和青海的两个50MW的槽式光热电站项目(中广核德令哈50MW,华电甘肃金塔50MW)也确定将采用熔盐技术。BrightSource也将在其规划建设的Siberia电站和Sonoran West电站项目中采用熔盐技术,熔盐储热技术的应用已渐成常态化。

熔盐传热日渐兴起

      熔盐同时作为一种性能较好的传热介质,工作温度可达560摄氏度是传统的碳氢化合物和导热油等传热介质所无法相比的。总的来说,熔融盐是一种成本低、寿命长、换热性能好的高温(大于500℃)、高热通量(大于105W/m2)和低压(<2bar)传热介质。见下表:

表2:多种传热介质优缺点对比


熔融盐作为传热介质与导热油作为传热介质的槽式光热电站原理图:

图1:熔盐和导热油分别作为传热介质的CSP电站原理图


从图中可以看出,使用熔盐作为传热和储热介质,可省去一道热交换工序。高温熔盐直接进入熔盐罐后输出加热水产生过热蒸汽发电。而使用导热油作传热介质,熔盐作储热介质,则需要导热油与熔盐进行一次换热,增加了工序的复杂度。这将节约约30%的储热系统建设成本,同时提高了整体换热性能。
与传统的传热介质导热油相比,熔盐的工作温度更高,而且不易燃,无污染,对环境较友好。

伴随熔盐作为传热介质的研发应用,多个CSP电站也将采用熔盐作为传热工质。下表列出了使用熔盐作传热介质的CSP电站项目:

表3:待完成的使用熔盐作传热介质的CSP电站项目列表

熔盐的缺点在表2中也已列出,其最大的属性缺陷在于较高的凝固点,这使其较易造成集热管管路堵塞。西班牙能源环境技术中心的Jesus Fernández-Reche表示,在储热罐中,熔盐的凝固不会引起太大问题,在西班牙已运行电站的熔盐储热系统中,熔盐罐的温度每天仅下降约1摄氏度。但在传热系统中,熔盐的冻结将会造成较大风险,严重的可导致槽式电站集热管的断裂等。

为克服上述缺点,全球多家单位都在进行低熔点熔盐的研制。挪威Yara国际公司、中国的北京工业大学等机构都宣称已开发出低熔点熔盐,但都尚待实际电站的运行检验。

不稳定的熔盐价格

经济方面,熔盐的成本一直以来并不太稳定,这主要是由于熔盐的主要组成与化肥的成分相似,其价格较易受到农业生产的影响而波动。

另外,化肥等其他一些产业需要的盐的纯度与CSP的熔盐需要并不相符,这意味着需要特殊的生产工序来满足CSP的应用需求。

“这些因素的相互作用使得熔盐的价格波动很大,范围从约1美元到10美元1公斤不等。也正因为如此,熔盐储热系统的成本较难预测。”Fernández表示。

世界上较大的硝酸盐供应商,智利的SQM公司的太阳能业务销售总监Giuseppe Casubolo认为,全球范围内的化肥需求量的稳定将可能使熔盐的价格趋于稳定。

此外,Casubolo还表示,作为光热发电用熔盐的供应商,一般都会着眼于这个潜力较大的新兴市场,在价格上会给予客户一定程度的优惠来获得更大的市场份额。“我们已经为进入并占据CSP市场做出了一些努力,包括提供优惠价”。

对于单个的CSP项目,我们也会与客户就熔盐的供应签订固定价合同,以便客户可以更清晰地掌控电站的建设运营风险。

供应商如果对中长期的全球CSP熔盐需求市场有更具远见的统一的认识,他们可以做的更好。比如可以通过定期在CSP行业内发布熔盐价格数据和趋势,以便CSP行业更加准确地掌握熔盐市场信息,而非单个项目地逐个去谈交易价格。“这样可能并不能使熔盐价格快速趋于稳定,但至少会有较大的帮助。”Casubolo说道。

关键字:熔融盐 储热

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