光熱發(fā)電中導熱油與熔鹽的運用分析

魏富道

摘 要： 目前在太陽能熱發(fā)電領域主要應用的技術有塔式太陽能的熱發(fā)電技術、槽式太陽能的熱發(fā)電技術兩種，盡管兩者都可轉(zhuǎn)變太陽能輻射為熱能，但在蓄熱和儲能方面還存在一定差異，本文將結(jié)合普遍的槽式及塔式的太陽能熱發(fā)電電站進行分析，對其發(fā)電模式、導熱介質(zhì)、蓄能儲熱等方面進行對比分析。

關鍵詞： 太陽能;熱發(fā)電電站;導熱油;熔鹽

【中圖分類號】TM615 ? ? 【文獻標識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）05-0172-01

目前我國太陽能熱發(fā)電處于發(fā)展初期，國家比較重視這一領域的發(fā)展，光熱發(fā)電技術逐漸出現(xiàn)在人們的生活中，目前應用的太陽能熱發(fā)電技術主要有兩種，一種是塔式的，另一種是槽式的，塔式應用導熱油作為介質(zhì)，而槽式應用熔鹽作為介質(zhì)。本文將對這兩種技術進行分析，主要探討導熱油和熔鹽這兩種技術在其中的運用。

1 發(fā)電模式對比分析

槽式熱發(fā)電是利用槽式拋物面的反射鏡對太陽能進行反射，使其進入集熱器直管，將導熱油加熱到393℃，導熱油在加熱后，一些會進入蒸汽發(fā)生系統(tǒng)成為蒸汽，用到汽輪機發(fā)電中;一部分會通過熔鹽儲熱系統(tǒng)儲存，可在光照不足的時候應用。塔式熱發(fā)電是利用很多定日鏡反射太陽能直至光塔吸收器上，將熔鹽加熱，當熔鹽溫度達到300～565℃，將加熱的熔鹽相向蒸汽發(fā)生系統(tǒng)傳送來換熱，產(chǎn)生的蒸汽能夠作為汽輪機發(fā)電的動力;或被熔鹽儲熱系統(tǒng)儲存，可在光照不充足的時候應用[1]。

塔式發(fā)電和槽式發(fā)電相比較，其聚光比和工作溫度更高、熱傳導路程更短、熱量耗損更少，因此塔式熱發(fā)電系統(tǒng)大約有23%的效率，槽式熱發(fā)電系統(tǒng)有大約14%的效率。槽式技術會應用很長時間，有著更成熟的技術，可以有效控制成本。但受到現(xiàn)階段技術和成本的制約，為將光熱發(fā)電成本減少，達到互補共贏的目的，聯(lián)合開發(fā)槽式發(fā)電以及塔式發(fā)電這一模式受到了廣泛歡迎。

2 導熱介質(zhì)對比分析

這兩種都屬于聚光吸熱，吸熱和導熱介質(zhì)在溫度上要比水沸點高很多，為了對能量進行更安全和有效的傳遞與存儲，應該使用不易汽化和耐高溫的導熱介質(zhì)。槽式發(fā)電可以在400℃一下的條件下集熱，此類高溫條件，成分是聯(lián)苯和聯(lián)苯醚的導熱油可以滿足使用條件。本文分析的槽式發(fā)電應用的是由26.5%聯(lián)苯以及73.5%聯(lián)苯醚組成導熱介質(zhì)[2]。純度可達到99.9%，應用溫度在-30～400℃，其中凝結(jié)溫度在12℃，閃點不低于110℃，著火點不低于118℃。而塔式發(fā)電的條件是比600℃低的時候集熱，這一條件下，二元混合熔鹽可以滿足使用要求。本文分析的塔式發(fā)電由40%硝酸鉀和60℃硝酸鈉組成的導熱介質(zhì)，純度能夠達到99.9%，凝固溫度為221℃，238℃是結(jié)晶溫度，600℃是最高應用溫度。盡管光熱發(fā)電項目中也應用過三元混合熔鹽這一蓄熱儲能材料，但是在600℃的條件下二元混合熔鹽具有更好穩(wěn)定性，其能在加入添加劑后降低熔點，并不會對自身穩(wěn)定性造成影響，既能在高溫條件下蓄熱，也能在低溫度下維持液態(tài)，防止固化損耗能量。熔鹽相較于導熱油具有以下的優(yōu)勢：

2.1 應用壽命長

通常導熱油需要在應用3年左右更換，熔鹽可以在使用25年左右更換;

2.2 控制設備投入少，系統(tǒng)控制難度低

光熱電站應用導熱油當做蓄熱介質(zhì)，具有較多系統(tǒng)和回路，從而增加了控制難度;并且要增加熔鹽系統(tǒng)當做光照不充足儲能裝置;

2.3 應用系統(tǒng)效率高

熔鹽有著較高的使用溫度，能夠?qū)⑵啓C參數(shù)提高;

2.4 更環(huán)保

導熱油屬于有毒物質(zhì)，熔鹽應用后進行加工可以制成化肥，以得到更充分地應用。

盡管熔鹽和導熱油相比具有許多優(yōu)勢，但如何選擇導熱介質(zhì)需要充分考慮電站選址、成本控制、發(fā)電容量及技術等因素。

3 蓄熱儲能對比分析

槽式發(fā)電過程中導熱油要通過鏡場區(qū)域來加熱，導熱油在蒸汽發(fā)生系統(tǒng)以及油鹽換熱系統(tǒng)流過，此類設備出口與導熱油泵入口連接，從而回到管網(wǎng)系統(tǒng)之中循環(huán)。在不同溫度條件下導熱油體積變化較為明顯，因此需要配備膨脹系統(tǒng)確保導熱油在運行中的體積變化。在高溫條件下導熱油容易揮發(fā)，因此需再生系統(tǒng)將導熱油品質(zhì)退化產(chǎn)生的重組分成分消除。利用閃蒸罐里來分離液態(tài)和氣態(tài)，在收集罐中氣態(tài)會凝結(jié)，并重新進行應用;再生閃蒸罐中會留下液態(tài)，利用重力再次回到排放罐中。導熱油成分存在一定毒性，所以配備凈化系統(tǒng)將導熱油品質(zhì)退化產(chǎn)生輕組分成分去除掉，并凝結(jié)膨脹系統(tǒng)導熱油的揮發(fā)氣。低成分會威脅機組運行，凈化開始時間由周圍環(huán)境、供貨質(zhì)量以及操作方式?jīng)Q定，通常在一年后開始。

導熱油凝點是12℃，所以需要安裝導熱油鍋爐對導熱油進行加熱，避免外界因素影響導熱油而凝固[3]。盡管導熱油的導熱性較好，但熔鹽的蓄熱能力更好，因此熔鹽儲熱系統(tǒng)在槽式發(fā)電中可以在光照不足情況下，向SGS區(qū)域供給熱量，保證機組正常運行。在有充足光照的情況下，導熱油會和冷罐中熔鹽通過熱交換器換熱，熔鹽從292℃提升至386℃，可進到熱熔鹽罐之中保存，這一過程中，導熱油溫度會從391℃降至300℃。而在夜晚，熱熔鹽會和導熱油換熱，導熱油由287℃提升至379℃時，導熱油可以繼續(xù)做工，保證機組不斷運行。為確保夜間機組運行穩(wěn)定性，需要在充足的光照條件下存儲足夠能量。熱熔鹽罐和冷熔鹽罐有相同容積，大約在22900m3。

熔鹽是塔式發(fā)電中唯一導熱介質(zhì)，在蓄熱儲能系統(tǒng)之中全面貫穿，因為熔鹽的比熱容和熱導率較高，并具有無毒特性，與槽式蓄熱儲能相比更簡化，有利于進行良好控制，但因為熔鹽從而238℃結(jié)晶，221℃凝固，所以需要熔鹽溫度超過255℃。利用保溫層、電伴熱系統(tǒng)以及熔鹽循環(huán)運動可避免熔鹽凝固。其中保溫層應用巖棉縫氈來保溫，使用波紋壓型板當做護板，避免損使更多熱量。在熔鹽循環(huán)運動方面，應用冷熔鹽罐之中的接收泵輸送熔鹽到光塔吸熱器進行加熱，熔鹽溫度由299.5℃提升至565℃，輸送到蒸汽發(fā)生系統(tǒng)來做功，在熱熔鹽罐中儲存，最終輸送回冷熔鹽罐中。電伴熱系統(tǒng)可以與應急服務網(wǎng)絡連接，機組運行中能夠保證電伴熱系統(tǒng)運行，不斷測量并保證管道表面溫度，在低于265℃時，系統(tǒng)將會加熱管道，防止熔鹽結(jié)晶凝固。

結(jié)束語：在熱發(fā)電中導熱油以及熔鹽具有重要作用，能夠解決太陽能資源的不穩(wěn)定性問題，雖然使用中具有一定的缺點，但是兩種介質(zhì)聯(lián)合使用，能夠互補，從而發(fā)揮出更重要的作用，在太陽能熱發(fā)電中有著較為廣泛的應用。

參考文獻

[1] 覃超.光熱發(fā)電中導熱油與熔鹽的運用分析[J].低碳世界，2018，（12）：34-35.

[2] 何軍.熔鹽和導熱油蓄熱儲能技術在光熱發(fā)電中的應用研究[J].節(jié)能與環(huán)保，2019，（2）：100-101.