北京工业大学吴玉庭: 熔盐高温传热蓄热技术的研发与应用
发布者:dxh | 来源:北极星电力网 | 0评论 | 661查看 | 2019-08-08 15:18:52    

“熔盐是很好的高温储能,现在最大的障碍就是抽水蓄能,已经到184亿千瓦,剩下的就是储热,储热用于热发电是4.03GW,储热是非常重要的。在高温蓄热里双罐高温熔盐显热蓄热是目前现实的大规模蓄热技术。由于我们国家用电需求,谷电加热熔盐蓄热供热,蓄热+供热运行模式,在白天电量比较高的时候靠熔盐蓄热产生热量供能。”


——北京工业大学学术委员会委员传热与能源利用北京市重点实验室主任吴玉庭


8月8日,由华北电力大学、中国可再生能源学会主办的“第一届中国储能学术论坛暨风光储创新技术大会”分论坛在北京召开,北极星储能网将对论坛进行全程直播。在8日“储冷储热”分论坛上,北京工业大学学术委员会委员、传热与能源利用北京市重点实验室主任吴玉庭作“熔盐高温传热蓄热技术的研发与应用”报告。


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图:北京工业大学学术委员会委员传热与能源利用北京市重点实验室主任吴玉庭


以下为发言实录:


北京工业大学学术委员会委员传热与能源利用北京市重点实验室主任吴玉庭:上面介绍的主要是氢能方面的研究,从我这里开始给大家介绍一下储能方面的。我们依托的是教育部传热强化与过程重点实验室。这是我们熔盐研发的团队成员,在马重芳教授的带领下,有七八位教授参与,同时也有一些副教授和年轻的教师参与。


首先,熔融盐实际是一些无机盐,是盐的熔盐态液体,通常说的熔盐是指无机盐的熔融体,通常把熔融无机盐称为熔盐。


熔盐是高温传热工质的最佳选择。水/水蒸气,有系统压力大、蒸汽传热能力差,容易发生烧毁事故。导热油,价格贵、使用寿命短。熔盐传热无相变,传热均匀稳定,传热性能好、系统压力小、使用温度较高、价格低、安全可靠。


熔盐是很好的高温储能,现在最大的障碍就是抽水蓄能,已经到184亿千瓦,剩下的就是储热,储热用于热发电是4.03GW,储热是非常重要的。


在高温蓄热里双罐高温熔盐显热蓄热是目前现实的大规模蓄热技术。国外的熔盐蓄热主要是用太阳能发电,这些图都是展示的国外的太阳能发电,比如西班牙的Gemasolar,美国的、摩洛哥的noorLii,都采用了熔盐蓄热。目前世界上总共有24座太阳能热电站采用了大规模熔盐蓄热技术,总装机达到了389万千瓦。


由于我们国家用电需求,谷电加热熔盐蓄热供热,蓄热+供热运行模式,在白天电量比较高的时候靠熔盐蓄热产生热量供能。


供暖方式非常多,这些供暖方式相比较,熔盐供暖优点是需热密度比较高,供热工况稳定可调,锅炉房占地面积小啊,零排放,零污染,使用寿命长。


这是关于建筑供暖跟不同供暖方式的研究,从这里可以看出,当低谷电降到2毛5以下的时候,我们熔盐需热供暖的运营成本可以跟烧煤运营成本相当。熔盐供热用在建筑供暖上,工业供热一年四季均需要,设备利用率高,工业供热需要100度以上的温度。这是工业供热产生的高温蒸汽,当低谷电价供应的整体成本2毛8的时候,一吨蒸汽230。


我们国家弃风弃光,如果把弃风弃光的电转化成能量,用于周围城镇的供暖,也是解决弃风弃光非常重要的消纳。


火电厂灵活性改造,在火电厂内建立大容量蓄热装置,实现热电解耦或增加火电厂调峰深度是火电厂灵活性改造的主要技术途径。目前我们主要是用水蓄能或者固体蓄能,发了多余的电不让它上网,多余的电转化成热量,这样实际上浪费能源。我们的做法就是说,不让它转化成电,在锅炉上产生的高温热量自己蓄到熔盐里,这是比现有的灵活性改造高的。可以用农业蓄热跟太阳能结合起来为工业供热和建筑供暖。


间歇式高温余热熔盐传热蓄热供热技术,高温烟气余热、炉渣余热都利用起来。


介绍一下我们北京工业大学熔盐传热蓄热技术的研究,主要从混合熔盐制备与热物性研究等。我们获得了国家重点研发计划、国家重点研发创新计划、国家重点基础研究计划以及国际一些项目,还有中英合作项目等等,总共有3000多万元的支持。熔盐方面我们已经发表了SCI国际英文期刊文章多篇。马重芳教授获得了2017年国家太阳能联盟创新技术贡献奖。我也担任了农业方面储能专委会、化工学会储能专委会、可再生能源学会太阳能热法定专业委员会,参与了一些国家关于清洁能源供暖标准的编写,也参与了国家能源指南规划的编写。


我们和冀中能源井矿集团成立了合资公司,进行了设备、工程的产业化,也建立了联合研发中心。


我们的进展,我们是在两种盐的基础上,通过在二元熔盐中添加其他种类熔盐或替代二元熔盐的某种组分,先后配置了二百余种混合熔盐配方,获得LMPS1、2和3种传热蓄热熔盐优化配方,三种熔盐熔点80—110度,最高使用温度550—650度以上,并经过1000次大温差冷热冲击和12000h恒高温热稳定试验,其主要热物性变化率不超过5%。


同时我们为了满足一些更高传递和蓄热的要求,我们也做了高温混合碳酸熔盐的配置,分解温度达到了900度。我们在混合碳酸盐的基础上,添加了物质让它的溶点提高。我们为了提高混合熔盐的蓄热密度,我们在添加了纳米粒子。添加纳米粒子以后,导热系数也可以提高30%以上。同样这个我们也添加了纳米颗粒,可以使它密度提高17%,导热系数也可以相应提高。另外跟我们理解不一样的,添加纳米粒子以后黏度变低。碳酸盐添加纳米粒子,提高效果比硝酸盐更好。


这是我们做的各种低熔点低成本混合熔盐与常用熔盐的性能对比,我们的熔点降低,需热密度大幅度提高,比如最高需热密度一吨可以到199千瓦时,我们的蓄热系统的成本也大幅度降低。


我们碳酸盐的工作,美国可再生能源实验室2017年《第三代太阳能热发电示范路线图》中引用了北工大碳酸盐的2篇论文。熔盐配置没有测试是不行的,我们搞了测试,测得了低熔点熔盐热物性随温度变化的关联建立了国内首个熔盐受迫对流传热试验台。和美国实验室有两个课题报告,两个报告中大幅度应用我们的结果。


我们也做了熔盐纳米流体受迫对流传热,我们现在做了两种配方,一种是做了低熔点二元混合熔盐纳米流体,进行了长期试验,一个结果就是,发现熔盐纳米流体导热油的总传热系数,熔盐纳米流体充分发展紊流下的对流传热系数和对流准则数关联式,获得了适用于熔盐纳米流体的受迫对流传热关联失。


我们也对熔盐自然对流传热进行了研究。我们也开发了熔盐电加热器、熔盐换热器等关联设备。通过把我们的低熔盐传热器用于太阳能发电,同时在强化传热与蓄热,可以提高太阳能热发电的可靠性,提高太阳能热发电效率15%—30%。


我们建立了能源楼楼顶太阳能槽式熔盐集热传热需热试验系统。我们在河北临城建立了熔盐蓄热谷电加热1.8万平米建筑供热示范工程,使用了200吨的低熔点熔盐,蓄热容量20MWh,电加热器2800kW,2017年建成的,运行的还是非常好的。


我们最近在临城建立了一个8千瓦集成熔盐传热蓄热的单螺杆有机朗肯循环分布式太阳能热发电示范工程。今年6月份已经成功的运行发电。


我们现在准备在张家口塞北建立一个农光互补的智慧能源小镇的项目,有30万平米米的建筑,农光互补+供热,拟投资约3.3亿元。采用现行菲涅尔式太阳能集热系统,已经完成了设计。这个工程10个回路,有两套系统,一套是跟太阳能结合的,一套跟谷电结合的。二期我们将进一步扩大,变成一个太阳能法定项目,后期可能跟光伏、风电结合,建成一个微电网,成为一个多能互补的项目。


为了满足分散式居民采暖和一些小型电网采暖,我们做了大量的试点,证明可以满足要求,因为我们火电厂的改造也进行了灵活性改造。


总之,熔盐是一种性能优良的中高温传热蓄热介质,在核电、太阳能热发电、弃风弃光熔盐蓄热式供热、熔盐蓄热调峰电站,间歇高温工业余热蓄热、高温工业传热、燃气轮机叶片冷却等领域都有应用价值,市场空间巨大。


我就介绍这些,谢谢大家!

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