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熔鹽儲能:跨界應(yīng)用亟需解決三大難題
發(fā)布者:xylona | 來源:光熱家 | 0評論 | 5606查看 | 2024-05-20 09:22:22    

目前,熔鹽儲能作為長時高安全、大容量、低成本、大規(guī)模、易回收的新型儲能技術(shù)領(lǐng)域,在光熱發(fā)電熔鹽儲能核心領(lǐng)域之外,正快速從示范應(yīng)用到新型儲能彎道超車的加速度跨界崛起。熔鹽儲熱應(yīng)用新型儲能技術(shù)崛起東方,已勢不可擋后來居上,加速助力新型電力系統(tǒng)風(fēng)電光伏可再生能源綠電的消納,構(gòu)建以新能源增長和化石能源減少,利用熔鹽儲能供熱和發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢增減掛鉤,為燃煤燃?xì)忮仩t碳排放雙控新舊動能轉(zhuǎn)換提供現(xiàn)階段最佳解決路徑。


熔鹽儲能從成熟的光熱發(fā)電技術(shù)跨界應(yīng)用,目前還亟需破解技術(shù)跨界的三大難題。


首先,二元熔鹽和三元熔鹽(其他新型熔鹽)應(yīng)用溫度范圍的差異,低溫區(qū)粘度變大,這是熔鹽的特性,也是需要重點突破的低熔點創(chuàng)新發(fā)展的攻克難題。


低溫的難題似乎沒有高溫的嚴(yán)峻,低溫?zé)o非是粘性大,增加泵的功耗,只要溫度上來相關(guān)問題迎刃而解。至于上限高溫或者說局部超溫的后果影響,可能會給整個系統(tǒng)和項目帶來不可估量的安全技術(shù)風(fēng)險。從首批光熱發(fā)電示范項目應(yīng)用情況下來,更高溫度上限的選擇應(yīng)該是565℃、還是575℃、或者550℃?到底多少度會更合理,還需要根據(jù)熔鹽使用過程中的性能變化,重新科學(xué)評估分析研究,參考意大利ENEA通過對二元熔鹽(硝酸鉀40%、硝酸鈉60%)經(jīng)過10000小時試驗分析研究,溫度超過550℃后會有少量的亞硝酸根離子釋出,亟需針對首批示范項目的現(xiàn)有熔鹽產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤測試,分析研究是否出現(xiàn)亞硝酸根離子變化的情況發(fā)生。如果是,又如何優(yōu)化設(shè)計分析找到產(chǎn)生的真正原因,更是現(xiàn)階段和接下來熔鹽儲能領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)研究的重點課題,“勿以惡?。夹g(shù)指標(biāo)超標(biāo)一點點)而為之”,放任不管未來熔鹽技術(shù)變化風(fēng)險影響嗎?分析研究亞硝酸根離子超標(biāo)對于熔鹽儲能電站運行過程中可能的潛在風(fēng)險,是接下來需要科研機構(gòu)和電站運營方,以及熔鹽材料商,設(shè)計院等共同尋找熔鹽儲能大規(guī)模高質(zhì)量發(fā)展道路上重點研究的課題之一。


針對亞硝酸鹽的高溫分解風(fēng)險,能夠降低熔鹽更低熔點的優(yōu)勢,熔鹽的熱物性會相對更穩(wěn)定的現(xiàn)實矛盾,如何解決跨界應(yīng)用到火電機組領(lǐng)域的溫度匹配適應(yīng)性,需要快速研發(fā)一種替代新型熔鹽刻不容緩,動輒上萬噸的規(guī)模,亞硝酸鈉超過430℃出現(xiàn)少量分解的難題是目前的最大風(fēng)險點,如何控制加熱模溫避免超溫影響,理論設(shè)計上面可能不存在風(fēng)險,實際運行就需要設(shè)計做到萬無一失的應(yīng)急處理方案,新興產(chǎn)業(yè)帶來新的難題,只有實踐和運行才能出現(xiàn)和找到解決辦法??萍紕?chuàng)新如何能夠適用應(yīng)用需求,如何創(chuàng)新去除亞硝酸鈉是當(dāng)下熔鹽新材料領(lǐng)域亟需實踐攻克的難題。


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圖1國內(nèi)首個燃煤機組耦合熔鹽儲能供熱和發(fā)電調(diào)峰調(diào)頻供熱示范


其次,熔鹽儲能跨界應(yīng)用新三防。如果說之前設(shè)計的防凝和防超溫是目前階段重點考慮的問題,新的第三防,可能要落到大家之前在光熱發(fā)電領(lǐng)域未考慮到的或者之前的應(yīng)用場景不太需要考慮的問題。防水或者說防洪水更精準(zhǔn)一點,考慮到應(yīng)用場景的不斷變化,從西北地區(qū)的沙漠、戈壁、荒灘逐漸應(yīng)用到東部的火電廠、工業(yè)園區(qū)等,地理位置的跨界應(yīng)用變化,勢必會出現(xiàn)新的防水特別是防洪水考量。比如有些電站建設(shè)在松花江、嫩江兩江流域,在這類地區(qū)建設(shè)的光熱電站熔鹽儲能系統(tǒng)就可能需要考慮到防水和防洪水的設(shè)計要點。避免因熔鹽儲罐遭遇洪水的無情浸泡,可能帶來的熔鹽儲罐形成較大的“內(nèi)熱外冷”溫差,對于儲罐設(shè)備的應(yīng)力變形可能會遭遇焊縫開裂,導(dǎo)致熔鹽儲罐的泄漏風(fēng)險,當(dāng)然針對二元熔鹽來說如果泄漏到水里并不會造成大的危害。如果是三元熔鹽(指含40%亞硝酸鈉)出現(xiàn)泄漏到水里面的話,那就會造成很大的水生環(huán)境破壞,主要原因是亞硝酸鈉有毒性:屬于危害水生環(huán)境物質(zhì)的危險類別,急性毒性類別1,96小時,LC50(魚類)。如果一旦出現(xiàn)泄漏可能會對水生環(huán)境的破壞造成很大的影響,


如此以來,就需要針對新型熔鹽儲能跨界應(yīng)用過程中,針對不同地區(qū)的應(yīng)用場景,在設(shè)計階段需要考慮到新的防水或者防洪水的要求,以利于客戶能在一個新型熔鹽儲能電站的可研過程中,增加上之前被忽視或者不重點考慮的問題點。可能也是影響整個熔鹽儲能電站全生命周期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。


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圖2熔鹽儲能系統(tǒng)示意圖


最后,新型熔鹽技術(shù)如何低熔點、去鈉的新思維。面對新的難題和問題,熔鹽儲能新材料的高質(zhì)量發(fā)展,是否一定是“寬溫域”、“更高溫”熔鹽這一科技創(chuàng)新研發(fā)方向呢?從科學(xué)技術(shù)研究角度這個是不需要懷疑的,需要一個長期的過程。寬溫域就需要相關(guān)儲能設(shè)備材料、設(shè)備、管道、泵、閥等協(xié)同技術(shù)都要跟得上,特別是未來槽式熔鹽導(dǎo)熱傳熱儲熱技術(shù)上面,務(wù)必要考慮到寬溫域,對于回轉(zhuǎn)接頭的技術(shù)考驗,或者超出了熔鹽難度的本身,一個卡脖子點就將讓所有的研發(fā)應(yīng)用無法順利進(jìn)行下去,如果短期內(nèi)沒有辦法解決好系統(tǒng)裝備難題,很難形成規(guī)?;瘧?yīng)用的機會,最終只是停留在配方或者試驗室,沒有經(jīng)濟(jì)性市場化的驅(qū)動,還是比較難有高質(zhì)量規(guī)?;l(fā)展,更別說創(chuàng)新的初衷是為了降低成本。


針對可再生能源高比例發(fā)展,熔鹽儲能規(guī)?;枰奈磥?,關(guān)鍵還是亟需解決當(dāng)下的現(xiàn)實難題,常規(guī)的二元熔鹽如何破解是否是超溫造成的硝酸鈉分解產(chǎn)生的亞硝酸根離子,還是其他原因,是否后續(xù)難題會逐步頻繁造成系統(tǒng)安全技術(shù)風(fēng)險。破解的方法是否就是需要去除硝酸鈉由一種新的材料來替代呢?還是降低高溫的運行參數(shù)來解決來的更現(xiàn)實都需要大家的共同研究。


熔鹽儲能跨界應(yīng)用技術(shù)研究是當(dāng)下破解三元熔鹽(指含40%亞硝酸鈉)超溫影響的重要措施,如何用新型材料替換亞硝酸鈉也是亟需解決難題的思路,有效去除風(fēng)險材質(zhì),有效降低高溫段的使用溫度也是一種解決路徑。技術(shù)風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性是熔鹽儲能跨界應(yīng)用路上的溝溝坎坎,需要設(shè)計院、研究機構(gòu)、熔鹽材料制造商、高校研究團(tuán)隊、項目業(yè)主或者運維團(tuán)隊,共同根據(jù)熔鹽儲能項目的更多應(yīng)用,盡速盡早找出更佳匹配方案。


熔鹽儲能跨界應(yīng)用的路途中,難免需要克服一些適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、創(chuàng)新性的難題,只要及早發(fā)現(xiàn)問題,找到問題的解決辦法,相信逐步會加速助力新型電力系統(tǒng)建設(shè),為構(gòu)建新型能源體系建設(shè)做成更大貢獻(xiàn)。

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