魏富道

摘 要： 目前在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域主要應(yīng)用的技術(shù)有塔式太陽能的熱發(fā)電技術(shù)、槽式太陽能的熱發(fā)電技術(shù)兩種，盡管兩者都可轉(zhuǎn)變太陽能輻射為熱能，但在蓄熱和儲(chǔ)能方面還存在一定差異，本文將結(jié)合普遍的槽式及塔式的太陽能熱發(fā)電電站進(jìn)行分析，對其發(fā)電模式、導(dǎo)熱介質(zhì)、蓄能儲(chǔ)熱等方面進(jìn)行對比分析。

關(guān)鍵詞： 太陽能;熱發(fā)電電站;導(dǎo)熱油;熔鹽

【中圖分類號】TM615 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）05-0172-01

目前我國太陽能熱發(fā)電處于發(fā)展初期，國家比較重視這一領(lǐng)域的發(fā)展，光熱發(fā)電技術(shù)逐漸出現(xiàn)在人們的生活中，目前應(yīng)用的太陽能熱發(fā)電技術(shù)主要有兩種，一種是塔式的，另一種是槽式的，塔式應(yīng)用導(dǎo)熱油作為介質(zhì)，而槽式應(yīng)用熔鹽作為介質(zhì)。本文將對這兩種技術(shù)進(jìn)行分析，主要探討導(dǎo)熱油和熔鹽這兩種技術(shù)在其中的運(yùn)用。

1 發(fā)電模式對比分析

槽式熱發(fā)電是利用槽式拋物面的反射鏡對太陽能進(jìn)行反射，使其進(jìn)入集熱器直管，將導(dǎo)熱油加熱到393℃，導(dǎo)熱油在加熱后，一些會(huì)進(jìn)入蒸汽發(fā)生系統(tǒng)成為蒸汽，用到汽輪機(jī)發(fā)電中;一部分會(huì)通過熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)儲(chǔ)存，可在光照不足的時(shí)候應(yīng)用。塔式熱發(fā)電是利用很多定日鏡反射太陽能直至光塔吸收器上，將熔鹽加熱，當(dāng)熔鹽溫度達(dá)到300～565℃，將加熱的熔鹽相向蒸汽發(fā)生系統(tǒng)傳送來換熱，產(chǎn)生的蒸汽能夠作為汽輪機(jī)發(fā)電的動(dòng)力;或被熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)儲(chǔ)存，可在光照不充足的時(shí)候應(yīng)用[1]。

塔式發(fā)電和槽式發(fā)電相比較，其聚光比和工作溫度更高、熱傳導(dǎo)路程更短、熱量耗損更少，因此塔式熱發(fā)電系統(tǒng)大約有23%的效率，槽式熱發(fā)電系統(tǒng)有大約14%的效率。槽式技術(shù)會(huì)應(yīng)用很長時(shí)間，有著更成熟的技術(shù)，可以有效控制成本。但受到現(xiàn)階段技術(shù)和成本的制約，為將光熱發(fā)電成本減少，達(dá)到互補(bǔ)共贏的目的，聯(lián)合開發(fā)槽式發(fā)電以及塔式發(fā)電這一模式受到了廣泛歡迎。

2 導(dǎo)熱介質(zhì)對比分析

這兩種都屬于聚光吸熱，吸熱和導(dǎo)熱介質(zhì)在溫度上要比水沸點(diǎn)高很多，為了對能量進(jìn)行更安全和有效的傳遞與存儲(chǔ)，應(yīng)該使用不易汽化和耐高溫的導(dǎo)熱介質(zhì)。槽式發(fā)電可以在400℃一下的條件下集熱，此類高溫條件，成分是聯(lián)苯和聯(lián)苯醚的導(dǎo)熱油可以滿足使用條件。本文分析的槽式發(fā)電應(yīng)用的是由26.5%聯(lián)苯以及73.5%聯(lián)苯醚組成導(dǎo)熱介質(zhì)[2]。純度可達(dá)到99.9%，應(yīng)用溫度在-30～400℃，其中凝結(jié)溫度在12℃，閃點(diǎn)不低于110℃，著火點(diǎn)不低于118℃。而塔式發(fā)電的條件是比600℃低的時(shí)候集熱，這一條件下，二元混合熔鹽可以滿足使用要求。本文分析的塔式發(fā)電由40%硝酸鉀和60℃硝酸鈉組成的導(dǎo)熱介質(zhì)，純度能夠達(dá)到99.9%，凝固溫度為221℃，238℃是結(jié)晶溫度，600℃是最高應(yīng)用溫度。盡管光熱發(fā)電項(xiàng)目中也應(yīng)用過三元混合熔鹽這一蓄熱儲(chǔ)能材料，但是在600℃的條件下二元混合熔鹽具有更好穩(wěn)定性，其能在加入添加劑后降低熔點(diǎn)，并不會(huì)對自身穩(wěn)定性造成影響，既能在高溫條件下蓄熱，也能在低溫度下維持液態(tài)，防止固化損耗能量。熔鹽相較于導(dǎo)熱油具有以下的優(yōu)勢：

2.1 應(yīng)用壽命長

通常導(dǎo)熱油需要在應(yīng)用3年左右更換，熔鹽可以在使用25年左右更換;

2.2 控制設(shè)備投入少，系統(tǒng)控制難度低

光熱電站應(yīng)用導(dǎo)熱油當(dāng)做蓄熱介質(zhì)，具有較多系統(tǒng)和回路，從而增加了控制難度;并且要增加熔鹽系統(tǒng)當(dāng)做光照不充足儲(chǔ)能裝置;

2.3 應(yīng)用系統(tǒng)效率高

熔鹽有著較高的使用溫度，能夠?qū)⑵啓C(jī)參數(shù)提高;

2.4 更環(huán)保

導(dǎo)熱油屬于有毒物質(zhì)，熔鹽應(yīng)用后進(jìn)行加工可以制成化肥，以得到更充分地應(yīng)用。

盡管熔鹽和導(dǎo)熱油相比具有許多優(yōu)勢，但如何選擇導(dǎo)熱介質(zhì)需要充分考慮電站選址、成本控制、發(fā)電容量及技術(shù)等因素。

3 蓄熱儲(chǔ)能對比分析

槽式發(fā)電過程中導(dǎo)熱油要通過鏡場區(qū)域來加熱，導(dǎo)熱油在蒸汽發(fā)生系統(tǒng)以及油鹽換熱系統(tǒng)流過，此類設(shè)備出口與導(dǎo)熱油泵入口連接，從而回到管網(wǎng)系統(tǒng)之中循環(huán)。在不同溫度條件下導(dǎo)熱油體積變化較為明顯，因此需要配備膨脹系統(tǒng)確保導(dǎo)熱油在運(yùn)行中的體積變化。在高溫條件下導(dǎo)熱油容易揮發(fā)，因此需再生系統(tǒng)將導(dǎo)熱油品質(zhì)退化產(chǎn)生的重組分成分消除。利用閃蒸罐里來分離液態(tài)和氣態(tài)，在收集罐中氣態(tài)會(huì)凝結(jié)，并重新進(jìn)行應(yīng)用;再生閃蒸罐中會(huì)留下液態(tài)，利用重力再次回到排放罐中。導(dǎo)熱油成分存在一定毒性，所以配備凈化系統(tǒng)將導(dǎo)熱油品質(zhì)退化產(chǎn)生輕組分成分去除掉，并凝結(jié)膨脹系統(tǒng)導(dǎo)熱油的揮發(fā)氣。低成分會(huì)威脅機(jī)組運(yùn)行，凈化開始時(shí)間由周圍環(huán)境、供貨質(zhì)量以及操作方式?jīng)Q定，通常在一年后開始。

導(dǎo)熱油凝點(diǎn)是12℃，所以需要安裝導(dǎo)熱油鍋爐對導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱，避免外界因素影響導(dǎo)熱油而凝固[3]。盡管導(dǎo)熱油的導(dǎo)熱性較好，但熔鹽的蓄熱能力更好，因此熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)在槽式發(fā)電中可以在光照不足情況下，向SGS區(qū)域供給熱量，保證機(jī)組正常運(yùn)行。在有充足光照的情況下，導(dǎo)熱油會(huì)和冷罐中熔鹽通過熱交換器換熱，熔鹽從292℃提升至386℃，可進(jìn)到熱熔鹽罐之中保存，這一過程中，導(dǎo)熱油溫度會(huì)從391℃降至300℃。而在夜晚，熱熔鹽會(huì)和導(dǎo)熱油換熱，導(dǎo)熱油由287℃提升至379℃時(shí)，導(dǎo)熱油可以繼續(xù)做工，保證機(jī)組不斷運(yùn)行。為確保夜間機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，需要在充足的光照條件下存儲(chǔ)足夠能量。熱熔鹽罐和冷熔鹽罐有相同容積，大約在22900m3。

熔鹽是塔式發(fā)電中唯一導(dǎo)熱介質(zhì)，在蓄熱儲(chǔ)能系統(tǒng)之中全面貫穿，因?yàn)槿埯}的比熱容和熱導(dǎo)率較高，并具有無毒特性，與槽式蓄熱儲(chǔ)能相比更簡化，有利于進(jìn)行良好控制，但因?yàn)槿埯}從而238℃結(jié)晶，221℃凝固，所以需要熔鹽溫度超過255℃。利用保溫層、電伴熱系統(tǒng)以及熔鹽循環(huán)運(yùn)動(dòng)可避免熔鹽凝固。其中保溫層應(yīng)用巖棉縫氈來保溫，使用波紋壓型板當(dāng)做護(hù)板，避免損使更多熱量。在熔鹽循環(huán)運(yùn)動(dòng)方面，應(yīng)用冷熔鹽罐之中的接收泵輸送熔鹽到光塔吸熱器進(jìn)行加熱，熔鹽溫度由299.5℃提升至565℃，輸送到蒸汽發(fā)生系統(tǒng)來做功，在熱熔鹽罐中儲(chǔ)存，最終輸送回冷熔鹽罐中。電伴熱系統(tǒng)可以與應(yīng)急服務(wù)網(wǎng)絡(luò)連接，機(jī)組運(yùn)行中能夠保證電伴熱系統(tǒng)運(yùn)行，不斷測量并保證管道表面溫度，在低于265℃時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)加熱管道，防止熔鹽結(jié)晶凝固。

結(jié)束語：在熱發(fā)電中導(dǎo)熱油以及熔鹽具有重要作用，能夠解決太陽能資源的不穩(wěn)定性問題，雖然使用中具有一定的缺點(diǎn)，但是兩種介質(zhì)聯(lián)合使用，能夠互補(bǔ)，從而發(fā)揮出更重要的作用，在太陽能熱發(fā)電中有著較為廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 覃超.光熱發(fā)電中導(dǎo)熱油與熔鹽的運(yùn)用分析[J].低碳世界，2018，（12）：34-35.

[2] 何軍.熔鹽和導(dǎo)熱油蓄熱儲(chǔ)能技術(shù)在光熱發(fā)電中的應(yīng)用研究[J].節(jié)能與環(huán)保，2019，（2）：100-101.