关于太阳能光热发电熔融盐储热技术的分析

关于太阳能光热发电熔融盐储热技术的分析

选题说明

目前来看，作为集中发电用途，光热发电较光伏发电有着成本低、工作稳定、电网设施要求低的优势。同时，光热发电有槽式聚光、塔式聚光和太阳池等多种形式，各地可以因地制宜，减少工程成本。因此，目前规模太阳能发电绝大多数都是光热发电形式。

作为新能源，太阳能也有着发电功率易受外界条件影响、发电品质差的缺点。为了较少电网功率波动，提高新能源竞争力，对大规模储能技术进行探索是非常必要的。

所以本文在这里以光热发电技术为对象分析熔融盐储能技术的优势与不足。

一、两种主要光热发电技术工作原理简介

槽式太阳能热发电

如图1槽式热发电利用反光镜将太阳光光线聚焦到集热管中，加热管中的盐，一般是硝酸钾、硝酸钠，也有使用导热油传导热的。反光镜开口可达4米，而集热管直接只有几厘米，所以集热管内温度可以接近400摄氏度，是比较优质的发电热源。

经过熔融盐泵的泵送，高温熔融盐汇集在热盐储存罐中，再输入正起蒸汽发生装置（未画出）产生高温蒸汽，蒸汽推动透平旋转做功后降温后再次循环到蒸汽发生器。而冷盐则储存的冷盐储存罐中，之后由泵泵送回集热管中加热。

图1 槽式太阳能热发电示意图图2 塔式太阳能热发电示意图

塔式太阳能热发电

如图2,塔式热发电也是利用反光镜聚集光线产生高温，只是其采用平面镜

阵列远距离点聚光方式，聚光效率要低于近距离线聚光；但这种方式产生的温度较高（500摄氏度以上），作为发电热源更为优质，同时也有利于后面要提到的热蓄电。

其发电原理也与槽式相同，通过泵送熔融盐在热盐储存罐、冷盐储存罐以及聚光加热装置中循环，并在换热器中将热量传递给水，水蒸气推动透平发电，也构成一个封闭回路。

槽式热发电不需要高大的塔结构，聚光效率也更高；而塔式热发电无需复杂的管网结构，热量损失较低。关于三种主要的光热发电数据摘自文献1，如表1。

表1 三种太阳能热发电发电参数

上述两种光热发电占了规模太阳能发电量的绝大多数，尤其是槽式热发电，目前其发电成本已经下降至可商业开发的价格，发展前景广阔。

二、热蓄能原理与性能分析

原理

热蓄能是一种普遍使用的技术要求基底的蓄能技术，可以分为显热储热和潜热储热。前者通过提高储热工质的温度来提高储热量，因此按照工质状态又分为液体显热储热、固体显热储热和固体/液体双介质显热储热；后者则主要利用工质（一般都是水）相变时要吸收或放出大量热的原理实现储热储能的，这种方式供热时温度变化很小，但对设备要求很高（耐压）。

而上面提到的两种太阳能热发电技术都采用了液体显相储热方式。白天利用富余热加热熔融盐或导热油，储存在隔热性很好地热盐储存罐中；到了晚上在将这一部分高温工质循环出来加热水，从而继续发电。

其工作模式为光照足够强时系统处于蓄热储能状态，光照强度下降到一定水平后，系统开始工作，通过补充热源来继续推动透平做功（一般通过调整发电功率延长做功时间）。当储能热源温度下降到一定温度后，系统逐渐停机。

性能分析

目前槽式热发电和塔式热发电利用显相储热的方法可以在失去光照后保证透平连续运转七个半小时以上，在光照时间长的地方基本可以达到24小时供电的效果。下面主要联系抽水蓄能、压缩空气蓄能、飞轮储能和蓄电池这四种常用蓄电蓄能方式分析直接蓄热储能的优势。

1.蓄热储能直接利用光热发电产生的热能，不存在能量转化过程，因此效率较高；

2.不需要额外的设备，仅需要扩大传热工质储存罐；

3.储能设备就在发电区域，自调节供能不依赖厂外电网，也不存在远距离输电损失问题；

4.技术成熟，蓄热技术广泛使用，经验积累丰富，易于运行、维修；

5.夜间供能，利用温差可补偿一部分热量损失；

6.储能量足够大，足够透平连续运转七小时以上。

而抽水蓄能由于环境条件限制要求能量多次转化和远距离输电，不适于作厂内蓄能、调节用途；压缩空气蓄能主要针对燃气轮机发电采用，如果能用于蒸汽轮机很有前景，但其储能量和储能密度任是个问题；飞轮蓄能效率很高，但储能量增大后，要么需要并联大量设备，要么技术难度陡升；蓄电池技术尽管取得巨大进步，但由于价格、储能量和寿命等原因不适宜作发电成本较高的光热发电储能设备。

三、关于蓄热储能我的一点想法

由于光热发电规模远超光伏发电，直接蓄热储能的效率还是很高的，其储能量也足够大。尽管关于文献2中提到的光照强度下降后，其储能足以供透平运行七个半小时，但我认为这是在牺牲容量因子或加大储热罐容积的基础上做到的，无疑这两种做法都会带来经济负担和设备损伤。

而我认为，蓄热储能有着时间优势，储热系统容量不需要太大。由于用电高峰是前半夜18:00-22：00时间段，只需要保证蓄热系统可以提高四个小时的优质热源即可，剩余热源用来保证透平低功率运转（防止在启动时耗能）和防止工质凝固。这样电厂有很高效的功率自调节功能，可以很好地减轻电网功率波动负

担。

四、参考文献

[1] 罗智慧，龙新峰.槽式太阳能热发电技术研究现状与发展[J].电力设备，2006,7(11)：29.

[2] 田曾华，张钧.槽式太阳能热发电双罐时熔融盐间接储热系统设计研究[J].太阳能技术与产品，2012,19(22)：55.

[3] Joanta H.Green.抽水蓄能与其他蓄能方法的技术及经济效益比较[J].水利水电快报，1995,6(21)：9-11.

[4] 汪琦，俞红啸等.太阳能光热发电中熔盐蓄热储能循环系统的设计开发[J].化工装备技术，2014,35(1)：12-13.