北工大熔盐蓄热技术科技转化渐入佳境
发布者:dxh | 来源:​中国清洁供热平台 | 0评论 | 288查看 | 2019-09-10 12:24:20    

中国清洁供热平台讯:“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。”


在8月29~30日举办的2019首届中国清洁供热蓄热技术应用和发展论坛(CHTES2019)上,北京工业大学环境与能源工程学院教授吴玉庭发表了题为“熔盐蓄热供热技术的研发与示范”的主题发言,详细介绍了该校熔盐研发团队在熔盐材料方面的一系列研发成果以及团队在推进熔盐蓄热技术商业化应用方面的最新进展。


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熔盐——理想的高温传储热介质


凭借高温状态变成流动液态且使用温度范围较大(83℃—625℃)的特性,熔盐成为非常理想的可应用于多个市场领域的高温传导介质和高温储热介质。


据吴玉庭介绍,熔盐传导蓄热主要利用液体段的蓄热,其在蓄热和放热整个过程中都处于液体状态,并没有发生相变。他补充道,一些相变蓄热、固体蓄热技术应用于高温领域在实验室研究领域可能做的很好,但是其供热的稳定性还需要进一步的研究。而目前熔盐应用在大容量储热领域已经非常成熟,双罐高温熔盐显热蓄热是目前现实的大规模蓄热技术。


据统计,包括中国2018年刚刚投运的中广核、首航节能和中控太阳能三座光热电站在内,在全球范围内已经有20余座太阳能热电站采用了大规模熔盐蓄热技术,总装机容量达到了3899MW,最长已有10年左右的商业运行经验。


此外,熔盐储热系统也已成为当前全球几乎所有在建光热发电项目的标准配置,随着该市场的不断发展,熔盐蓄热系统的总装机量也将不断提升。


利用熔盐蓄热技术供热有哪些优势?


吴玉庭表示,除了光热发电等中高温市场,一直以来,北工大熔盐团队也在尝试将熔盐蓄热技术应用于更多供热场景。


目前,该团队已申请并取得专利授权,其相关技术方案具体思路是:利用低谷电把熔盐加热至500℃甚至更高并储存在高温罐,在白天电价比较高时或者是没有弃风、弃光电的情况下,热熔盐利用换热器释放热量把水变成蒸汽,可以直接进行工业供热;如需用于供暖可以通过换热器生产热水进行供暖。


总体来说,该方案既可以用建筑的供热,也可以为工业用热设备提供水蒸汽、热空气或其他高温液体和气体。


据吴玉庭介绍,如果将该技术用于供暖市场,相比其它技术熔盐蓄热式集中供暖具有蓄热密度高,供热工况稳定可调,锅炉房占地面积小,零排放,零污染,使用寿命长等优点,缺点就是要考虑并做好防凝措施。


此外,吴玉庭强调,熔盐蓄热技术其实特别适合应用在工业供热领域,主要原因如下:


1、工业供热一年四季均需要,设备利用率高;


2、工业供热需要100度以上高温,可充分发挥熔盐蓄热温度高的优势;


3、工业供热对供热温度稳定性要求高,这也正是熔盐蓄热与其他蓄热技术相比的特色和优势。


未来具备与燃煤锅炉PK成本的潜力


吴玉庭表示,从成本方面来看,熔盐蓄热式集中供暖系统的经济性主要取决于低谷电价格。当低谷电价格低于0.2元/kWh时,熔盐蓄热供热成本甚至可以跟燃煤锅炉相当。


下表列出了不同谷电价格下熔盐供热系统的运行费用及蒸汽成本参数。


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从表中我们可以看到,当谷电价格为0.28元/kWh时,生产蒸汽成本为232元/吨;当谷电价格为0.15元/kWh时,生产蒸汽成本为124元/吨。因此,如果项目地谷电价格很低的话,其经济性可以与燃煤供热系统相比较。


北工大熔盐产品研究领域取得的进展


经过多年的潜心研发,北工大熔盐团队已取得了一系列傲人的科研成果。


据吴玉庭介绍,目前国际上的常用的蓄热熔盐有Solarsalt(NaNO3+KNO3)和Hitec(NaNO3+KNO3+NaNO2),其中Solarsalt熔点是220℃,管路冻堵风险较大,一旦出现冻堵维修起来非常耗时;另外一般来说熔盐的液态使用温度范围越宽越好,而Solarsalt熔点为220℃,分解温度为584℃,Hitec盐熔点为142℃,分解温度为535℃,液态温度范围均相对较窄。


为了进一步优化熔盐产品参数,北工大熔盐团队通过在二元熔盐中添加其它种类熔盐或替代二元熔盐的某种组分,先后配制了二百余种混合熔盐配方,获得了LMPSI,II和III三种传热蓄热熔盐优化配方,三种熔盐熔点80~110℃,最高使用温度550~650℃以上,并经过了1000次大温差冷热冲击和1200h恒高温热稳定试验,其主要热物性变化率不超过5%。


同时,为了降低成本,北工大熔盐团队通过用低价格熔盐组分代替硝酸钾,成功制备了低成本混合二元熔盐优化配方LCBSI,熔盐分解温度和熔点均与太阳盐相当,但成本大幅降低。


另外,为满足一些特殊领域的使用需求,北工大熔盐团队又研发出了分解温度高于850℃甚至900℃左右的高温熔盐产品。为进一步提升产品性能,团队又通过添加添加剂可使三元碳酸盐的熔点(400℃)显著降低77℃,同时降低了显热蓄热成本。


以下为北京工业大学配制的各种低熔点低成本混合熔盐与常用熔盐的性能对比。


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如图可以看出,相比目前国际常用的熔盐产品,北工大团队研发的熔盐产品熔点大幅度降低(最低可达83℃),分解温度则进一步提升(最高可达625℃),蓄热密度从而也得到大幅度的提高,最大的可以达到237kWh/t;同时整个蓄热系统的成本也得到大幅度的降低,国际常用熔盐蓄热系统成本为每千瓦时82块钱,北工大团队产品可以降低到49块钱左右。


商业化应用正稳步推进


目前,依托该项技术的商业化应用也在稳步推进中。北京工业大学已与冀中能源井矿集团成立河北井矿新能源合资公司来推进熔盐技术的商业化。


2017年12月,北京工业大学做为技术支持方的冀中能源井矿集团(以下简称井矿集团)谷电加热熔盐蓄热供热示范工程在河北临城建成并投入运行,该工程使用200吨低熔点熔盐,截止目前该项目已成功运行了两个采暖季,效果良好。


2019年6月,其又在河北临城建成槽式聚光低熔点熔盐集热传热单螺杆膨胀机有机朗肯循环示范工程。


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目前,冀中能源井矿集团正在推进建设塞北“农光互补+智慧能源”特色小镇项目。该项目一期将采用线性菲涅尔式太阳能集热系统,目前设计已完成,已经进入招标采购阶段。


据吴玉庭介绍,该一期项目拟将采用线性菲涅尔式太阳能集热系统作为热源,为蒙牛提供工业蒸汽。采用谷电做为热源,采用蓄热技术为30万平米建筑提供供暖。。为提高土地利用率,该项目将太阳能镜场整体抬高3m,在镜场下部可直接种植农作物,实现农业和太阳能镜场的完美结合。


据悉,该项目熔盐拟采用北京工业大学研发的低熔点低成本四元硝酸熔盐(熔点94℃,分解温度628℃),其中供蒸汽系统熔盐储热容量为100MWh,熔盐量为1190t,供暖系统熔盐储热容量为200MWh,熔盐量为2048吨。

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