【摘要】槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)和塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)是當(dāng)今世界太陽能熱發(fā)電的主流，雖然兩者都是將太陽能輻射轉(zhuǎn)換成熱能，但兩者的主要區(qū)別還是在蓄熱儲(chǔ)能方面。所以本文將會(huì)根據(jù)摩洛哥努奧200MW槽式太陽能熱發(fā)電電站和150MW塔式太陽能熱發(fā)電電站，分析兩者發(fā)電原理，結(jié)合導(dǎo)熱介質(zhì)特性，著重對(duì)其蓄熱儲(chǔ)能介質(zhì)的運(yùn)用進(jìn)行分析。

　　【關(guān)鍵詞】光熱發(fā)電,發(fā)電模式,導(dǎo)熱介質(zhì),蓄熱儲(chǔ)能

　　1發(fā)電模式比較

　　槽式太陽能熱發(fā)電是通過槽式拋物面反射鏡反射太陽能到位于集熱器直管中，加熱導(dǎo)熱油到393℃左右，被加熱后的導(dǎo)熱油，有的會(huì)到蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生蒸汽，到汽輪機(jī)發(fā)電;有的會(huì)被熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)保存下來，以備光照不足的情況。

　　而塔式太陽能熱發(fā)電是若干定日鏡通過反射太陽能光塔的吸收器上，加熱熔鹽，使熔鹽的溫度從300~565℃，被加熱后的熔鹽傳送至蒸汽發(fā)生系統(tǒng)進(jìn)行換熱，產(chǎn)生的蒸汽將用來推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電;或者通過熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)被保存下來，以備光照不足的情況。

　　塔式發(fā)電相比于槽式發(fā)電具有更高的聚光比(300~1500)、更高的工作溫度、更短的熱傳導(dǎo)路程、更少的耗損熱量，故塔式太陽能熱發(fā)電的系統(tǒng)效率在23%左右，高于槽式太陽能熱發(fā)電的系統(tǒng)效率的14%左右。但是槽式熱發(fā)電技術(shù)運(yùn)用時(shí)間更長(zhǎng)，技術(shù)更成熟，成本更可控。但鑒于目前技術(shù)和成本的制約，為達(dá)到削減光熱發(fā)電成本，實(shí)現(xiàn)共贏互補(bǔ)的目的，槽式發(fā)電和塔式發(fā)電這種聯(lián)合的開發(fā)模式也越來越受到青睞。

　　2導(dǎo)熱介質(zhì)比較

　　兩者均是聚光吸熱，吸熱的導(dǎo)熱介質(zhì)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水的沸點(diǎn)，為了更加安全、有效的存儲(chǔ)和傳遞能量，就必須要求使用耐高溫和不易汽化的導(dǎo)熱介質(zhì)。槽式發(fā)電是在小于400℃的狀態(tài)下進(jìn)行集熱，在這種高溫條件，以聯(lián)苯-聯(lián)苯醚為成分的導(dǎo)熱油能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)所需條件。

　　努奧槽式發(fā)電所用導(dǎo)熱介質(zhì)就是以73.5%聯(lián)苯醚和26.5%聯(lián)苯組成。其中純度99.9%，使用溫度-30~400℃，凝結(jié)溫度12℃，閃點(diǎn)≥110℃，著火點(diǎn)≥118℃。塔式發(fā)電是在小于600℃的狀態(tài)下集熱，在此種高溫條件下，二元混合熔鹽能夠更好滿足現(xiàn)場(chǎng)使用條件。努奧塔式發(fā)電的導(dǎo)熱介質(zhì)就是60℃硝酸鈉和40%硝酸鉀，其中純度99.9%，使用凝固溫度221℃，結(jié)晶溫度238℃，最高使用溫度600℃。

　　雖然三元混合熔鹽也曾經(jīng)被作為蓄熱儲(chǔ)能材料運(yùn)用光熱發(fā)電項(xiàng)目中，但二元混合熔鹽在600℃的條件下，穩(wěn)定性更好，也可通過加入添加劑，使其熔點(diǎn)降低，而不改變其自身穩(wěn)定性，還能在更高的溫度條件下蓄熱，也能在較低溫度下保持液態(tài)，避免固化的能量耗損。

　　熔鹽相比于導(dǎo)熱油，還有以下的優(yōu)勢(shì)：(1)使用壽命更長(zhǎng)：導(dǎo)熱油使用3年左右需要更換，而熔鹽使用25年左右才需要更換;(2)更低的控制設(shè)備投入，降低系統(tǒng)控制難度：在使用導(dǎo)熱油作為蓄熱介質(zhì)中光熱電站中，系統(tǒng)多、回路多，因而控制難度增加;同時(shí)需要增加熔鹽系統(tǒng)來作為光照不足的儲(chǔ)能裝置;(3)系統(tǒng)使用效率更高：由于熔鹽的使用溫度更高，提高了汽輪機(jī)參數(shù);(4)更加環(huán)保：導(dǎo)熱油是有毒物質(zhì)，而熔鹽在使用后可通過再加工制作成化肥，使其物盡其用。雖然熔鹽比導(dǎo)熱油具有更多的優(yōu)勢(shì)，但是選擇什么樣的導(dǎo)熱介質(zhì)是由電站選址、發(fā)電容量、成本控制、技術(shù)制約等因素共同決定的。

　　3蓄熱儲(chǔ)能比較

　　在槽式發(fā)電中，導(dǎo)熱油需要經(jīng)過鏡場(chǎng)區(qū)域加熱，然后導(dǎo)熱油流經(jīng)蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和油鹽換熱系統(tǒng)，而這些設(shè)備的出口又連接到導(dǎo)熱油泵的入口，再回到管網(wǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)。導(dǎo)熱油在不同的溫度下，體積有明顯的變化，所以就需要配套的膨脹系統(tǒng)來保證導(dǎo)熱油在正常運(yùn)行過程中的體積變化。

　　導(dǎo)熱油在高溫條件下易揮發(fā)，故而需要再生系統(tǒng)消除導(dǎo)熱油品質(zhì)退化生成的重組分成分。這主要是通過在閃蒸罐里進(jìn)行形成液態(tài)和氣態(tài)進(jìn)行分離，氣態(tài)會(huì)進(jìn)入到收集罐中凝結(jié)，然后重新運(yùn)用;而液態(tài)則會(huì)留在再生閃蒸罐中，通過重力回到排放罐中。導(dǎo)熱油的成分是具有一定毒性的，因此配備凈化系統(tǒng)來去除導(dǎo)熱油品質(zhì)退化生成的輕組分成分和凝結(jié)從膨脹系統(tǒng)來的導(dǎo)熱油揮發(fā)氣。

　　低成分對(duì)機(jī)組運(yùn)行十分危險(xiǎn)，凈化過程開始時(shí)間主要取決于供貨質(zhì)量、周圍環(huán)境、操作方式的影響，一般在一年之后開始。導(dǎo)熱油的凝點(diǎn)在12℃，因此需要設(shè)置導(dǎo)熱油鍋爐加熱導(dǎo)熱油，防止導(dǎo)熱油因受外界環(huán)境影響而凝固。雖然導(dǎo)熱油具有良好的導(dǎo)熱性，但由于熔鹽更加良好的蓄熱能力，所以在槽式發(fā)電中，熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)將會(huì)實(shí)現(xiàn)在光照不足或者日落的情況下，供給熱量給SGS區(qū)域，使機(jī)組繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　在白天光照充足的條件下，導(dǎo)熱油將會(huì)與存儲(chǔ)在冷罐中的熔鹽在熱交換器進(jìn)行換熱，使熔鹽的溫度從292℃上升到386℃，然后進(jìn)入到熱熔鹽罐中進(jìn)行保存，而與此同時(shí)，導(dǎo)熱油的溫度也由391℃下降到300℃。反之，在夜晚來臨的時(shí)候，熱熔鹽將會(huì)與導(dǎo)熱油換熱，使導(dǎo)熱油的溫度從287℃上升到379℃，繼續(xù)讓導(dǎo)熱油做工，維持機(jī)組的連續(xù)運(yùn)行。為保證夜間機(jī)組的正常運(yùn)行，就要求在光照充足的條件下必須存儲(chǔ)足夠的能量。冷熔鹽罐和熱熔鹽罐的容積相同，容積大概在22900m3。

　　由于熔鹽儲(chǔ)能跟塔式發(fā)電原理一致，所以將在后續(xù)講解。在塔式發(fā)電中，熔鹽是作為唯一的導(dǎo)熱介質(zhì)貫穿整個(gè)蓄熱儲(chǔ)能系統(tǒng)中，鑒于熔鹽高比熱容、高熱導(dǎo)率、無毒等特性，相比槽式發(fā)電的蓄熱儲(chǔ)能就更加簡(jiǎn)化，更加便于控制，但由于熔鹽開始在238℃結(jié)晶，在221℃凝固，就必須要求熔鹽的溫度大于255℃。防止熔鹽凝固是通過保溫層、熔鹽循環(huán)運(yùn)動(dòng)、電伴熱系統(tǒng)、電加熱器方式進(jìn)行的。

　　保溫層：使用巖棉縫氈作為保溫，再用波紋壓型板作為護(hù)板，以此減少熱量損失。對(duì)于管道，要求保證環(huán)境溫度大于25℃時(shí)，管道保溫層外表面溫度不大于60℃;環(huán)境溫度低于25℃，管道保溫層外表面溫度和環(huán)境溫度差不大于27℃。對(duì)于罐體，要求保證在不運(yùn)行的情況下，熔鹽日降溫不大于1℃。

　　熔鹽循環(huán)運(yùn)動(dòng)：利用冷熔鹽罐內(nèi)接收泵將熔鹽送至光塔吸熱器加熱，使熔鹽溫度從299.5℃升到565℃，送至蒸汽發(fā)生系統(tǒng)做功和熱熔鹽罐進(jìn)行存儲(chǔ)，最后再回到冷熔鹽罐中。利用這種周而復(fù)始的方式，保證熔鹽運(yùn)動(dòng)，彌補(bǔ)能量損耗。電伴熱系統(tǒng)：電伴熱是由鑲嵌在金屬套殼內(nèi)的電阻、溫度傳感器、控制器組成。

　　電伴熱系統(tǒng)是被接入應(yīng)急服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中，在機(jī)組運(yùn)行過程中必須保證電伴熱系統(tǒng)運(yùn)行，使其連續(xù)測(cè)量、保證設(shè)備管道的表面溫度，當(dāng)溫度低于265℃時(shí)，電伴熱系統(tǒng)便會(huì)加熱管道，避免熔鹽結(jié)晶凝固。電加熱器：分別在冷熔鹽罐和熱熔鹽罐底部，安裝了密閉式加熱器，給罐內(nèi)熔鹽加熱，彌補(bǔ)通過罐殼、罐頂、罐底損失的熱量，保證在長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)階段熔鹽不會(huì)凝固。

　　每個(gè)加熱器有兩個(gè)功率級(jí)，并應(yīng)配備三個(gè)溫度傳感器，一個(gè)溫度傳感器用在第一個(gè)功率級(jí)的電阻元件上，另一個(gè)溫度傳感器用在第二個(gè)功率級(jí)的電阻元件上，第三個(gè)溫度傳感器與護(hù)套接觸。當(dāng)罐內(nèi)熔鹽溫度下降到一個(gè)凍結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)值時(shí)，電加熱器將會(huì)根據(jù)情況開啟。另外，電加熱器會(huì)在高溫度和低液位的狀態(tài)下關(guān)閉。

　　4結(jié)語

　　導(dǎo)熱油和熔鹽作為蓄熱儲(chǔ)能介質(zhì)解決了太陽能資源具有間隙性和不穩(wěn)定性等局限，使其太陽能光熱電站具備大容量?jī)?chǔ)熱裝置，可平滑發(fā)電出力，減少出口波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電功率的穩(wěn)定，因此在太陽能熱發(fā)電中廣泛使用。優(yōu)化光熱發(fā)電設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化系統(tǒng)流程，提高工作溫度，確保更高的發(fā)電效率，就需要充分利用導(dǎo)熱介質(zhì)特性，更全面地完善蓄熱儲(chǔ)能系統(tǒng)。同時(shí)，導(dǎo)熱油和熔鹽通過也被廣泛運(yùn)用在大規(guī)模民用供熱、常規(guī)電廠調(diào)峰改造、園區(qū)能源綜合利用等各方面，所以因根據(jù)不同需求參數(shù)，完善導(dǎo)熱介質(zhì)特性以便適應(yīng)在更多運(yùn)用。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]汪琦，俞紅嘯，張慧芬.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，2015：3~4.

　　電力工程師投稿期刊：水力發(fā)電學(xué)報(bào)是中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)主辦的刊物，經(jīng)中國(guó)科協(xié)批準(zhǔn)為一級(jí)學(xué)術(shù)性刊物，1982年創(chuàng)刊定為季刊，2004年起改為雙月刊，公開出版，國(guó)內(nèi)外發(fā)行。