Tom Fluri：熔鹽為工質(zhì)的線聚焦光熱發(fā)電系統(tǒng)的防凍策略
發(fā)布者：CSPPLAZA | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 0評論 | 8325查看 | 2015-07-09 20:14:00
CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：中國國際光熱電站大會暨CSPPLAZA年會2015于6月25~26日在京盛大召開，德國Fraunhofer ISE光熱項目組總監(jiān)Tom Fluri出席本屆大會并發(fā)表演講，就熔鹽為工質(zhì)的線聚焦光熱發(fā)電系統(tǒng)的防凍策略分享了他們的研究成果。
下面刊出的是Tom Fluri演講的主要內(nèi)容：（注：本文根據(jù)速記和錄音資料整理，文章內(nèi)容未經(jīng)演講者本人審閱。）
非常高興來到中國，來參加這次會議，跟大家介紹的主題是熔鹽作為傳熱流體的線聚焦光熱發(fā)電系統(tǒng)的防凍策略。
首先給大家提供一些信息，關(guān)于我們公司的情況以及我們的太陽能光熱項目組，我們公司是最大的歐洲的應(yīng)用研究機構(gòu)，我們與行業(yè)間進行緊密的合作，在很多的機構(gòu)間進行合作，總共有66個機構(gòu)和研究單位。我們是非常大的研究組織的一個組成部分，我們的機構(gòu)位于世界各地，我們的機構(gòu)是行業(yè)中最大的機構(gòu)，我們有1200名員工，我們一直在太陽能研究領(lǐng)域中工作，不僅僅是我，還有我的同事已經(jīng)有35年的時間了。
圖：Tom Fluri 在發(fā)表演講
我們公司在1981年成立，我們一共在12個領(lǐng)域中開展工作，我們有幾個業(yè)務(wù)領(lǐng)域是與PV行業(yè)相關(guān)的，我們也有一些研究是關(guān)于CSP的，這也是為什么今天來參加這次大會的原因。
我們還涉及高效的電力電子、零排放汽車、能源系統(tǒng)分析和氫燃料電池，我們不僅在太陽能領(lǐng)域有業(yè)務(wù)開展，我們四分之三的工作人員是從事與太陽能相關(guān)領(lǐng)域的工作。
光伏領(lǐng)域中同事所取得的成績，目前持有太陽能電池的世界紀(jì)錄46%，這是非常了不起的數(shù)字，非常高興能夠看到在這個光伏領(lǐng)域中做了大量的研究，我們與行業(yè)的伙伴一起開展這些研究，使得這些技術(shù)成為商業(yè)現(xiàn)實。
太陽能熱技術(shù)方面也有研究，我想跟大家指出，這張幻燈片上并沒有太多的與CSP相關(guān)的內(nèi)容，我們也做低溫系統(tǒng)，還有一個小組是專門做太陽能工業(yè)供熱的研究，除此之外還有工作組是集熱器和太陽能使用壽命的，最后兩個工作組與CSP有著緊密的聯(lián)系。
在CSP領(lǐng)域中我們會開發(fā)相應(yīng)的材料用于吸熱器和定日鏡鏡片，除此之外也與沙爾特這樣的公司合作開發(fā)相應(yīng)的涂層材料，我們也開發(fā)集熱器，對于集熱器進行優(yōu)化的研究，也開發(fā)高溫存儲。我們也做實驗性的認(rèn)證工作，像是昨天的一位同行介紹的內(nèi)容差不多，我們會做老化的測試，做熱效的測試，如果你不信任DLR，您也可以找我們來做測試。除此之外我們也在制定針對這些測試的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，今后也會進一步促進在標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域所開展的工作，從而能夠使得這個技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)得到進一步的統(tǒng)一，得到更為廣泛的應(yīng)用。
除此之外我們也做系統(tǒng)模擬，用戶的使用界面，我們提供的工具，系統(tǒng)模擬工具可以模擬任何的技術(shù)，世界上任何地區(qū)都可以利用這些工具進行模擬。
下面我來說一下亮點，第一個亮點是現(xiàn)在已經(jīng)掌握了非常詳細的大型槽式電站的運行數(shù)據(jù)，大家認(rèn)為在行業(yè)中有這樣的數(shù)據(jù)是比較常見的事情，但是真想獲得這么詳盡的數(shù)據(jù)也并不是那么容易的。非常高興目前確認(rèn)我們掌握了大型槽式電站的運行數(shù)據(jù)，我們也有模擬軟件，模擬軟件的可靠性通過掌握的數(shù)據(jù)可以得到保障。
最后一點也讓我們很興奮，因為這意味著我們將會搬到更大的實驗室，這個實驗室專門研究熔鹽和相關(guān)的組件，我們相信熔鹽將會實現(xiàn)CSP非常重要的構(gòu)成部分，現(xiàn)在也可以開展研究，研究在實驗室層面上熔鹽的相關(guān)組件，可以在550度以上的實驗室環(huán)境中開展研究，我們對此感到非常的興奮。
對于防凍的保護，這是我今天來這里主要跟大家介紹的主題，為什么我們想要使用熔鹽作為HTF呢，傳熱流體有什么樣的優(yōu)勢和劣勢呢？然后介紹一下幾種不同的防凍措施?？梢允褂玫姆纼龃胧┯惺裁茨兀吭谶@個行業(yè)中已經(jīng)有怎樣的防凍做法呢？之后介紹一下其他熔鹽的結(jié)構(gòu)，比如說有更低熔點的熔鹽的結(jié)構(gòu)，之后采用模擬給大家做一個簡單的比較。
在我介紹熔鹽之前，我們要問，為什么不直接產(chǎn)生蒸汽呢？因為終端已經(jīng)產(chǎn)生蒸汽了，為什么實地不利用蒸汽呢。存儲整合方面存在著問題，水蒸氣與熱交換機間進行融合是比較困難的事情，融合換熱器的概念能夠使處在凝固狀態(tài)的材料進行可轉(zhuǎn)移，對我們來說，我們必須要關(guān)注的是對于熱交換器在這個材料內(nèi)部做熱交換器的時候，必須要確保存儲是連貫的，在這個過程中有很多的金屬會成為雜質(zhì)，在PCM中，我們可以有兩個方式來應(yīng)對，第一可以使用PCM，但是在熱交換器冷凍的時候要保證可流動性，可以使用落換的換熱器，如圖，在實驗室里已經(jīng)做了驗證，為什么鹽會冷凍，在它冷凍了之后會停留在螺旋換熱器的外部，這樣就可以去除對一些小的鹽塊可以打碎之后再進一步運輸?shù)饺萜髦腥?，這是我們所采用的方法。
目前內(nèi)部運行了蒸汽，但是還有另一步的發(fā)展所產(chǎn)生的問題，這是正在開發(fā)之中的項目還沒有商業(yè)化，現(xiàn)在還面臨壓力水平方面的問題，如果想要比較高的壓力，比如說塔式應(yīng)用情景中就有可能不適合了，這是我們所面臨的問題，我們也在進一步研究這個問題。
第二種選項更適用于塔式，主要是用于短期的存儲，最多也就是4個小時的存儲。我們有顯熱存儲的概念，這樣就不涉及到相變材料，可以使用熱能在過熱器中熱的蒸汽，可以將蒸汽進行去過熱對其進行冷凝，最終加入到顯熱存儲罐中去，這另外的一個選擇。如果想要進行長期的儲熱的話，熔鹽應(yīng)該是非常好的方法，它有以下幾點的優(yōu)勢。有更高的運行溫度，以及應(yīng)用情景相比，它也有著更高循環(huán)效率，因為有更高的溫差，可以導(dǎo)致更高的存儲容量，可以直接的儲熱集成，我們不需要油鹽的換熱器，也沒有傳熱流體，儲熱無能量損失，也能夠獲得電站容易運行和高度可調(diào)的優(yōu)勢，除此之外取決于鹽具體的成份，它是無毒的，但是有非常高的運行溫度。我們看一下直接儲熱和間接儲熱，用模擬工具做的小的視頻，上面有間接儲熱，有油在回路中，在下端有直接熔鹽儲熱系統(tǒng)。
在這個位置輸出功率會下降，在間接儲熱的一端主要是因為不得不應(yīng)對存儲之外更低的溫度，我們有著持續(xù)的運行，在同樣的功率水平之上，因為可以一直去進行存儲。
想要使用熔鹽，而且線聚焦的系統(tǒng)中，如何能夠保護這樣的系統(tǒng)不會冷凍呢？因為有大量的管道，在太陽能光場中也有著大量的設(shè)備，所以需要進一步的增加防凍措施，因為在熔鹽使用過程中必須要有防凝的保護措施，導(dǎo)熱油在50度以下無法高效地運轉(zhuǎn)，所以防凝防凍的措施更加的重要，尤其是在內(nèi)蒙這樣的地區(qū)，在內(nèi)蒙大氣溫度有時候降得非常低。我們可以去進一步的使用低熔點的鹽混合物，也可以使用單位集熱面積產(chǎn)能量更高的集熱器，也就是說我們要有高聚光和高效能的集熱器的使用。也可以選用可選熱源加熱的熔鹽，比如說天然氣熔鹽加熱器、電加熱或者是儲熱的熱量，這些都可以為我們所用，作為保護措施的一種。除此之外也可以使用來自于儲熱中的熱量，也可以對于高熱損失組件安裝排空的功能，當(dāng)然這個操作會比較的復(fù)雜，它會要求大量的額外投資，有可能并不是可行的，尤其是對于小的測試回路來說，或者是對于非常小的項目來說，這樣的投資還是可以接受的，但是對于非常大的光熱電站來說投資就過于巨大了，不會非常的現(xiàn)實。
我們再來說一下低熔點鹽，這里存在著很多的可選產(chǎn)品，今天想跟大家列舉兩個，分別是：Hitec和HitecXL，它們都是二元鹽，可以利用這種鹽的結(jié)構(gòu)，可以利用它們很好的組成成份，比較低的熱穩(wěn)定性，以及低溫下更高的黏度，能夠獲得更低的固化溫度。除此之外上端最高運行溫度也會有所降低，這是其中的一個問題
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