光热发电中导热油与熔盐的运用分析

　　【摘要】槽式太阳能热发电技术和塔式太阳能热发电技术是当今世界太阳能热发电的主流，虽然两者都是将太阳能辐射转换成热能，但两者的主要区别还是在蓄热储能方面。所以本文将会根据摩洛哥努奥200MW槽式太阳能热发电电站和150MW塔式太阳能热发电电站，分析两者发电原理，结合导热介质特性，着重对其蓄热储能介质的运用进行分析。

　　【关键词】光热发电,发电模式,导热介质,蓄热储能

　　1发电模式比较

　　槽式太阳能热发电是通过槽式抛物面反射镜反射太阳能到位于集热器直管中，加热导热油到393℃左右，被加热后的导热油，有的会到蒸汽发生系统产生蒸汽，到汽轮机发电;有的会被熔盐储热系统保存下来，以备光照不足的情况。

　　而塔式太阳能热发电是若干定日镜通过反射太阳能光塔的吸收器上，加热熔盐，使熔盐的温度从300~565℃，被加热后的熔盐传送至蒸汽发生系统进行换热，产生的蒸汽将用来推动汽轮机发电;或者通过熔盐储热系统被保存下来，以备光照不足的情况。

　　塔式发电相比于槽式发电具有更高的聚光比(300~1500)、更高的工作温度、更短的热传导路程、更少的耗损热量，故塔式太阳能热发电的系统效率在23%左右，高于槽式太阳能热发电的系统效率的14%左右。但是槽式热发电技术运用时间更长，技术更成熟，成本更可控。但鉴于目前技术和成本的制约，为达到削减光热发电成本，实现共赢互补的目的，槽式发电和塔式发电这种联合的开发模式也越来越受到青睐。

　　2导热介质比较

　　两者均是聚光吸热，吸热的导热介质温度远远高于水的沸点，为了更加安全、有效的存储和传递能量，就必须要求使用耐高温和不易汽化的导热介质。槽式发电是在小于400℃的状态下进行集热，在这种高温条件，以联苯-联苯醚为成分的导热油能够满足现场所需条件。

　　努奥槽式发电所用导热介质就是以73.5%联苯醚和26.5%联苯组成。其中纯度99.9%，使用温度-30~400℃，凝结温度12℃，闪点≥110℃，着火点≥118℃。塔式发电是在小于600℃的状态下集热，在此种高温条件下，二元混合熔盐能够更好满足现场使用条件。努奥塔式发电的导热介质就是60℃硝酸钠和40%硝酸钾，其中纯度99.9%，使用凝固温度221℃，结晶温度238℃，最高使用温度600℃。

　　虽然三元混合熔盐也曾经被作为蓄热储能材料运用光热发电项目中，但二元混合熔盐在600℃的条件下，稳定性更好，也可通过加入添加剂，使其熔点降低，而不改变其自身稳定性，还能在更高的温度条件下蓄热，也能在较低温度下保持液态，避免固化的能量耗损。

　　熔盐相比于导热油，还有以下的优势：(1)使用寿命更长：导热油使用3年左右需要更换，而熔盐使用25年左右才需要更换;(2)更低的控制设备投入，降低系统控制难度：在使用导热油作为蓄热介质中光热电站中，系统多、回路多，因而控制难度增加;同时需要增加熔盐系统来作为光照不足的储能装置;(3)系统使用效率更高：由于熔盐的使用温度更高，提高了汽轮机参数;(4)更加环保：导热油是有毒物质，而熔盐在使用后可通过再加工制作成化肥，使其物尽其用。虽然熔盐比导热油具有更多的优势，但是选择什么样的导热介质是由电站选址、发电容量、成本控制、技术制约等因素共同决定的。

　　3蓄热储能比较

　　在槽式发电中，导热油需要经过镜场区域加热，然后导热油流经蒸汽发生系统和油盐换热系统，而这些设备的出口又连接到导热油泵的入口，再回到管网系统中进行循环。导热油在不同的温度下，体积有明显的变化，所以就需要配套的膨胀系统来保证导热油在正常运行过程中的体积变化。

　　导热油在高温条件下易挥发，故而需要再生系统消除导热油品质退化生成的重组分成分。这主要是通过在闪蒸罐里进行形成液态和气态进行分离，气态会进入到收集罐中凝结，然后重新运用;而液态则会留在再生闪蒸罐中，通过重力回到排放罐中。导热油的成分是具有一定毒性的，因此配备净化系统来去除导热油品质退化生成的轻组分成分和凝结从膨胀系统来的导热油挥发气。

　　低成分对机组运行十分危险，净化过程开始时间主要取决于供货质量、周围环境、操作方式的影响，一般在一年之后开始。导热油的凝点在12℃，因此需要设置导热油锅炉加热导热油，防止导热油因受外界环境影响而凝固。虽然导热油具有良好的导热性，但由于熔盐更加良好的蓄热能力，所以在槽式发电中，熔盐储热系统将会实现在光照不足或者日落的情况下，供给热量给SGS区域，使机组继续运转。

　　在白天光照充足的条件下，导热油将会与存储在冷罐中的熔盐在热交换器进行换热，使熔盐的温度从292℃上升到386℃，然后进入到热熔盐罐中进行保存，而与此同时，导热油的温度也由391℃下降到300℃。反之，在夜晚来临的时候，热熔盐将会与导热油换热，使导热油的温度从287℃上升到379℃，继续让导热油做工，维持机组的连续运行。为保证夜间机组的正常运行，就要求在光照充足的条件下必须存储足够的能量。冷熔盐罐和热熔盐罐的容积相同，容积大概在22900m3。

　　由于熔盐储能跟塔式发电原理一致，所以将在后续讲解。在塔式发电中，熔盐是作为唯一的导热介质贯穿整个蓄热储能系统中，鉴于熔盐高比热容、高热导率、无毒等特性，相比槽式发电的蓄热储能就更加简化，更加便于控制，但由于熔盐开始在238℃结晶，在221℃凝固，就必须要求熔盐的温度大于255℃。防止熔盐凝固是通过保温层、熔盐循环运动、电伴热系统、电加热器方式进行的。

　　保温层：使用岩棉缝毡作为保温，再用波纹压型板作为护板，以此减少热量损失。对于管道，要求保证环境温度大于25℃时，管道保温层外表面温度不大于60℃;环境温度低于25℃，管道保温层外表面温度和环境温度差不大于27℃。对于罐体，要求保证在不运行的情况下，熔盐日降温不大于1℃。

　　熔盐循环运动：利用冷熔盐罐内接收泵将熔盐送至光塔吸热器加热，使熔盐温度从299.5℃升到565℃，送至蒸汽发生系统做功和热熔盐罐进行存储，最后再回到冷熔盐罐中。利用这种周而复始的方式，保证熔盐运动，弥补能量损耗。电伴热系统：电伴热是由镶嵌在金属套壳内的电阻、温度传感器、控制器组成。

　　电伴热系统是被接入应急服务网络中，在机组运行过程中必须保证电伴热系统运行，使其连续测量、保证设备管道的表面温度，当温度低于265℃时，电伴热系统便会加热管道，避免熔盐结晶凝固。电加热器：分别在冷熔盐罐和热熔盐罐底部，安装了密闭式加热器，给罐内熔盐加热，弥补通过罐壳、罐顶、罐底损失的热量，保证在长时间停机阶段熔盐不会凝固。

　　每个加热器有两个功率级，并应配备三个温度传感器，一个温度传感器用在第一个功率级的电阻元件上，另一个温度传感器用在第二个功率级的电阻元件上，第三个温度传感器与护套接触。当罐内熔盐温度下降到一个冻结的风险值时，电加热器将会根据情况开启。另外，电加热器会在高温度和低液位的状态下关闭。

　　4结语

　　导热油和熔盐作为蓄热储能介质解决了太阳能资源具有间隙性和不稳定性等局限，使其太阳能光热电站具备大容量储热装置，可平滑发电出力，减少出口波动，实现发电功率的稳定，因此在太阳能热发电中广泛使用。优化光热发电设计，简化系统流程，提高工作温度，确保更高的发电效率，就需要充分利用导热介质特性，更全面地完善蓄热储能系统。同时，导热油和熔盐通过也被广泛运用在大规模民用供热、常规电厂调峰改造、园区能源综合利用等各方面，所以因根据不同需求参数，完善导热介质特性以便适应在更多运用。

　　参考文献

　　[1]汪琦，俞红啸，张慧芬.熔盐和导热油蓄热储能技术在光热发电中的应用研究，2015：3~4.

　　电力工程师投稿期刊：水力发电学报是中国水力发电工程学会主办的刊物，经中国科协批准为一级学术性刊物，1982年创刊定为季刊，2004年起改为双月刊，公开出版，国内外发行。