系统工程

光热不只是聚光烧开水 它使用温度560℃的液体传储热发电

2020-05-08 09:09:53 科海拾贝2020

光热发电是一种利用太阳聚光后获得热量,然后用这种热量来发电的技术。有很多人听到光热发电以为就是聚光烧开水,这么说也有一定的道理,特别是针对水上塔的光热发电,就是数万面定日镜聚焦,加热塔顶的水,使水变成过热蒸汽,然后推动汽轮机发电。

 (来源:微信公众号“光伏测试网”ID:TestPV)

但水上塔的光热发电已经不是主流技术路线,最主流的熔盐上塔光热发电已不能简单地用聚光烧开水来解释。熔盐上塔光热发电利用了介质熔盐作为传热和储热介质,熔盐在它的工作区间290-560℃内,可以像水一样流动。

熔盐光热发电原理

熔盐塔式光热发电,在半径为几公里的地域内有数万面定日镜,它们跟着一天中太阳的运动而运动,以保证阳光能反射到集热塔顶端的吸热器上。而在集热塔的塔底,有两个直径达30m左右的熔盐储罐,分别叫做低温罐和高温罐。即使是低温熔盐储罐,其中熔盐的温度也有290℃,在低温熔盐储罐上,有一个大功率的熔盐泵,它负责把熔盐打到几百米高的集热塔顶吸热器上,熔盐在这个吸热器吸收光的热量,温度升高到560℃,而后流到另外一个熔盐储罐,称作高温罐。

高温熔盐会储存在高温罐中,就相当于能量被储存起来了,在需要的时候,可以从高温熔盐罐中打出熔盐,与换热系统中的水换热,产生水蒸气,推动汽轮机发电。熔盐塔式光热电站可以稳定连续的发电正是因为高温罐可以大量地储存高温熔盐,即使是在多云及晚上的时候,这是光热发电相对于光伏发电的最大优势。而水上塔的光热发电站不方便配合储热系统,已较少见到这种技术路线的电站。

熔盐使用中的一些问题

虽然熔盐塔式电站有这么多优点,但熔盐在使用过程中也有许多的问题。首先就是熔融盐的高温,熔盐运行在290-560℃之间,并且带有一定的腐蚀性,导致接触熔盐的材料一般选择都比较好,吸热器金属材料一般选icoloy 800,高温罐会选347H,低温罐一般选SA516,这极大的提高了系统的初始投资。

另外,熔盐在约224℃的时候会凝结成固体,导致系统中所有熔盐经过的地方都需要使用电伴热,以保证系统在停机时熔盐不会凝固成固体堵塞熔盐管道。使用电伴热极大的提升了系统系统的投资成本及运行成本,但即使使用了电伴热,还是会有熔盐冻堵的发生,特别是管径特别小的吸热器,美国的新月沙丘项目就是因为熔盐堵塞吸热器导致系统多次停机维修,损失巨大。

熔盐一个重要的性质

经常有人将熔盐写成熔岩,这部分人可能把熔盐当成了是融化的岩石,熔盐其实是指熔融状态的盐类,类似我们吃的食盐。光热电站上使用的熔盐是硝酸钠与硝酸钾的混合物,质量配比6比4。熔盐有一个重要的性质大家经常会忽略,那就是熔盐从固态变为液态时体积会膨胀,个人实验的经验会膨胀10%左右,这个性质是吸热器爆管的重要原因。

光热发电相对于光伏发电最大的优势就是有储热系统,所以易于和储热系统结合的熔盐塔式电站便是光热发电的重要发展方向。

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