熔鹽型槽式光熱發(fā)電技術(shù)將興起？
發(fā)布者：本網(wǎng)記者Alice Jason | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 2評論 | 9656查看 | 2013-09-08 10:09:00
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：以熔鹽為傳熱和儲熱介質(zhì)的槽式光熱發(fā)電技術(shù)當前仍停留在工程師的設(shè)想藍圖里，其在全球范圍內(nèi)都尚無商業(yè)化應(yīng)用的成功案例。對于這樣一種新型的槽式技術(shù)，雖然其面臨的問題和障礙還有很多，但只要有一個商業(yè)化項目獲得成功，就很可能將帶來槽式技術(shù)的全面更新?lián)Q代。
熔鹽槽式技術(shù)的演變
槽式技術(shù)是一種“萬能”的聚光太陽能集熱技術(shù)，當前最為成熟和應(yīng)用最廣泛的是以導熱油為傳熱介質(zhì)的槽式技術(shù)，其可以根據(jù)實際的終端需求生產(chǎn)200℃~400℃溫度區(qū)間內(nèi)的熱源，以應(yīng)用于工業(yè)供熱、輔助石油萃取、發(fā)電等不同領(lǐng)域。以色列LUZ公司在最開始推廣光熱技術(shù)時就是將其作為太陽能工業(yè)用熱的解決方案推向市場的，但其在以色列和美國都沒有找到對應(yīng)的市場，此后便開始轉(zhuǎn)向熱發(fā)電市場。
槽式光熱電站的大規(guī)模應(yīng)用源于建于美國加州的SEGS1項目，這是全球第一個大規(guī)模的商業(yè)化槽式電站，該電站的集熱場導熱油出口油溫僅為307℃，此后，伴隨槽式集熱技術(shù)的不斷發(fā)展，槽式電站的工作溫度很快便提升至390℃。更高的工作溫度意味著更高的電站效率，傳統(tǒng)的槽式技術(shù)在達到390℃的最高溫度后遇到了最大的一道屏障，由于其采用的傳熱介質(zhì)聯(lián)苯聯(lián)苯醚導熱油的工作溫度上限為400℃，在不改變傳熱介質(zhì)的前提下將難以實現(xiàn)更高的運行溫度。
熔鹽為槽式技術(shù)進一步提高電站效率打開了一扇窗。
目前常用的二元熔鹽（60%硝酸鈉+40%硝酸鉀）在光熱發(fā)電領(lǐng)域最先被作為一種成熟的儲熱介質(zhì)加以利用，目前全球范圍內(nèi)建成的商業(yè)化帶儲熱的光熱電站絕大部分都采用了熔鹽儲熱。
傳統(tǒng)的槽式熔鹽儲熱技術(shù)由于仍以導熱油為傳熱介質(zhì)，導熱油390℃的油溫上限限制了熔鹽的儲熱溫度，使熔鹽儲熱溫度不可能高于390℃，導致熔鹽的儲熱性能難以充分發(fā)揮，對熔鹽造成了極大浪費。相對工作溫度在550℃的熔鹽電站，同樣的儲熱量，這種槽式電站的儲熱耗鹽量是高溫電站耗鹽量的大約三倍。
塔式技術(shù)在此方面優(yōu)勢明顯，熔鹽作為傳熱介質(zhì)已被成功地應(yīng)用于塔式電站，Solar Two是全球第一個采用熔鹽傳熱的塔式電站，該電站于1995年在原Solar One的基礎(chǔ)上擴建而成，作為美國能源部設(shè)計的一個示范性的塔式電站，雖然其于1999年退役，到2009年被徹底拆除。但其依然為熔鹽型塔式電站的建設(shè)積累了示范經(jīng)驗。到2011年，西班牙的Gemasolar塔式電站作為首個采用熔鹽作傳熱儲熱介質(zhì)的商業(yè)化光熱電站開始投入運行，這成為熔鹽型塔式技術(shù)發(fā)展的重要里程碑。
傳統(tǒng)的槽式技術(shù)當前似乎正陷入一種較為窘迫的境地，電力市場的價格競爭要求其實現(xiàn)更高的運行溫度，提供更可調(diào)的高品質(zhì)電力，這也是其相對于光伏的最重要優(yōu)勢，伴隨光伏發(fā)電的成本下跌，傳統(tǒng)的槽式技術(shù)需要更加凸顯其優(yōu)勢，更大程度上降低成本。利用導熱油為傳熱介質(zhì)對溫度的限制已經(jīng)決定了其難以在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)多大程度的突破，為此，采用熔鹽作為傳熱和儲熱介質(zhì)開始被寄予厚望。
如果槽式電站也可以如熔鹽型塔式電站一樣獲得550℃左右的工作溫度，則其電站效率將進一步提升，度電成本也有望獲得較大程度的削減。
意大利與中國的實踐
全球雖有不少機構(gòu)在對熔鹽型槽式技術(shù)進行研發(fā)，但目前看來，其獨在意大利獲得了一定發(fā)展，意大利國家新技術(shù)、能源和可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展局（ENEA）成功地將該技術(shù)推向了實踐性的應(yīng)用。ENEA最先建設(shè)了一個熔鹽示范系統(tǒng)，目的是掌握熔鹽在水平集熱管中的作業(yè)流程和規(guī)律。ENEA同時與阿基米德合作開發(fā)了一種可耐高溫的集熱管選擇性吸收涂層，據(jù)公開資料，該涂層是由一層金屬層和兩層陶瓷層組成的，最高可耐580℃高溫。
圖：意大利阿基米德5MW熔鹽槽式示范電站
2008年，在意大利國家電力公司ENEL的支持下，其于意大利西西里島的Priolo Gargallo開工建設(shè)了一個5MW的熔鹽型槽式示范電站，并于2010年7月建成。這個示范電站配8小時儲熱系統(tǒng)，采用了阿基米德集熱管，成功證明了槽式熔鹽型光熱發(fā)電技術(shù)的可應(yīng)用性。
在ENEA和ENEL之后，開發(fā)熔鹽型集熱管的阿基米德太陽能公司又于今年對此進行了示范。阿基米德和日本的Chiyoda公司已于今年7月3日在意大利的Massa Martana投運了一個熔鹽型槽式光熱發(fā)電示范系統(tǒng)，這是一個集熱總長度600米的標準回路，配置儲熱5小時。
美國Skyfuel公司創(chuàng)始人Arnold Leitner認為，意大利將率先成為熔鹽型槽式技術(shù)的大市場。
熔鹽型槽式技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)主要有兩個方面，一個是熔鹽的凝固。一旦熔鹽在系統(tǒng)中凝固，則可能導致系統(tǒng)整體或部分報廢。另外一個就是集熱管的耐高溫性，當前的真空集熱管的選擇性吸收涂層在高溫下易分解或脫落，最高運行溫度一般不能高于400℃，熔鹽槽式技術(shù)對集熱管提出了更高的要求，需對該選擇性吸收涂層進行改進。
熔鹽型槽式技術(shù)的優(yōu)點則更是顯而易見，首先，其工作溫度在290℃~565℃之間，相對傳統(tǒng)槽式大大提高，汽輪機的效率因之可提高5%~7%，發(fā)電量大幅提升。同時，熔鹽用量相對大大降低，是采用導熱油為介質(zhì)、儲熱相同的槽式電站的1/3用量。
Arnold Leitner分析認為，為獲得較高的集熱溫度，熔鹽槽式電站需要采用更大的槽式集熱器設(shè)計，目前常見的單個集熱陣列150米的ET150設(shè)計不適宜于熔鹽槽式電站的應(yīng)用，如果采用單個集熱陣列250米長的集熱器設(shè)計，可相對降低集熱器之間的連接軟管的用量，降低潛在的出現(xiàn)熔鹽凝固“冰點”的幾率。同時，由于熔鹽比導熱油在集熱管中可匯集更多的熱量，達到更高的溫度，可大大降低壓力差，減少集熱陣列和管道系統(tǒng)的長度和數(shù)量，粗略估計可減少50%之多。另外，這也意味著可以采用更小的集流管。最后，熔鹽的蒸汽壓幾乎接近于零，不會對集熱管和管道造成壓力，這意味著采用壁厚更小的管道系統(tǒng)即可，泵送損失也將降低。
業(yè)內(nèi)不少人士依然對熔鹽型槽式技術(shù)存有質(zhì)疑，這是可以理解的。畢竟熔鹽槽式光熱電站還未有成功的商業(yè)化應(yīng)用案例。
意大利目前已經(jīng)規(guī)劃了一個宏偉的目標：實現(xiàn)熔鹽槽式光熱電站裝機600MW。這是一項耗資巨大的計劃，其中最關(guān)鍵的是，有資本方愿意為這種在外界看來“擁有較大潛在風險”的項目提供融資嗎？
意大利對光熱發(fā)電的普通電價補貼額度在32歐分/kwh，同時根據(jù)地域不同，各地的電價在此基礎(chǔ)上下浮動8~9歐分，由此推算，意大利的光熱發(fā)電可獲得的最高電價大概在40歐分/Kwh，但必須配置儲熱。在此補貼基礎(chǔ)上開發(fā)光熱電站是具備投資價值的，意大利目前正在著手300MW的光熱電站開發(fā)計劃的實施，均采用槽式技術(shù)，塔式電站在意大利幾乎不可能獲得許可。
美國的SolarReserve正在建設(shè)的110MW的新月沙丘熔鹽塔式光熱電站預(yù)計將于今年年底建成投運，這也是當前全球正在建設(shè)的最大的熔鹽型塔式電站。從1995年的Solar Two到2011年的GemaSolar，再到如今的新月沙丘，塔式熔鹽光熱發(fā)電的發(fā)展歷史已經(jīng)過去了近20年。
而第一座熔鹽槽式電站建成于2010年，到今年僅三年多時間，意大利方面聲稱其已經(jīng)掌握了較為成熟的可以產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)，但現(xiàn)在的問題是在未來幾年，是否有資本愿意支持這一技術(shù)的項目開發(fā)？如果意大利能夠在未來幾年內(nèi)成功地建起數(shù)百兆瓦的熔鹽槽式電站，將是該技術(shù)近幾年研發(fā)成果的最好證明，也將成為槽式光熱發(fā)電技術(shù)更新?lián)Q代的標志。
而在中國，深圳市金釩能源科技有限公司規(guī)劃建于甘肅阿克塞的50MW槽式電站項目即將開工建設(shè)，其采用的即是熔鹽槽式技術(shù)，該項目規(guī)劃于2015年建成并實現(xiàn)穩(wěn)定可靠運行，屆時其也將成為槽式光熱發(fā)電歷史上的標志性事件！
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最新評論
2人參與
hongguo99
是否開口大于6000mm才可以適合熔鹽導熱？<br />
還是開口6770mm集熱器更適合，如果集熱管還是直徑89mm,是否和現(xiàn)有ET槽沒有更多的聚光比變化？<br />
是否可以在中間不銹鋼管內(nèi)增加電加熱管，防凝？
2013-09-10 13:48:51
0
zjchuaran
甘肅阿克塞地處北緯39.4度，屬高寒半干旱地區(qū)，年平均氣溫8攝氏度。兩元熔鹽的結(jié)晶點為236度，即使采用導熱油也會導致寄生損耗加大，如果采用熔鹽，是否具有經(jīng)濟性應(yīng)充分論證。況且意大利阿基米德的技術(shù)尚不成熟，信譽也不高，應(yīng)提高警覺。
2013-09-07 12:24:01
0
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