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熔盐型槽式光热发电技术将兴起?

作者:中国储能网新闻中心 来源:综合报道 发布时间:2013-10-12 浏览:

中国储能网讯:以熔盐为传热和储热介质的槽式光热发电技术当前仍停留在工程师的设想蓝图里,其在全球范围内都尚无商业化应用的成功案例。对于这样一种新型的槽式技术,虽然其面临的问题和障碍还有很多,但只要有一个商业化项目获得成功,就很可能将带来槽式技术的全面更新换代。

 

熔盐槽式技术的演变

 

槽式技术是一种“万能”的聚光太阳能集热技术,当前最为成熟和应用最广泛的是以导热油为传热介质的槽式技术,其可以根据实际的终端需求生产200℃~400℃温度区间内的热源,以应用于工业供热、辅助石油萃取、发电等不同领域。以色列LUZ公司在最开始推广光热技术时就是将其作为太阳能工业用热的解决方案推向市场的,但其在以色列和美国都没有找到对应的市场,此后便开始转向热发电市场。

 

槽式光热电站的大规模应用源于建于美国加州的SEGS1项目,这是全球第一个大规模的商业化槽式电站,该电站的集热场导热油出口油温仅为307℃,此后,伴随槽式集热技术的不断发展,槽式电站的工作温度很快便提升至390℃。更高的工作温度意味着更高的电站效率,传统的槽式技术在达到390℃的最高温度后遇到了最大的一道屏障,由于其采用的传热介质联苯联苯醚导热油的工作温度上限为400℃,在不改变传热介质的前提下将难以实现更高的运行温度。

 

熔盐为槽式技术进一步提高电站效率打开了一扇窗。

 

目前常用的二元熔盐(60%硝酸钠+40%硝酸钾)在光热发电领域最先被作为一种成熟的储热介质加以利用,目前全球范围内建成的商业化带储热的光热电站绝大部分都采用了熔盐储热。

 

传统的槽式熔盐储热技术由于仍以导热油为传热介质,导热油390℃的油温上限限制了熔盐的储热温度,使熔盐储热温度不可能高于390℃,导致熔盐的储热性能难以充分发挥,对熔盐造成了极大浪费。相对工作温度在550℃的熔盐电站,同样的储热量,这种槽式电站的储热耗盐量是高温电站耗盐量的大约三倍。

 

塔式技术在此方面优势明显,熔盐作为传热介质已被成功地应用于塔式电站,Solar Two是全球第一个采用熔盐传热的塔式电站,该电站于1995年在原Solar One的基础上扩建而成,作为美国能源部设计的一个示范性的塔式电站,虽然其于1999年退役,到2009年被彻底拆除。但其依然为熔盐型塔式电站的建设积累了示范经验。到2011年,西班牙的Gemasolar塔式电站作为首个采用熔盐作传热储热介质的商业化光热电站开始投入运行,这成为熔盐型塔式技术发展的重要里程碑。

 

传统的槽式技术当前似乎正陷入一种较为窘迫的境地,电力市场的价格竞争要求其实现更高的运行温度,提供更可调的高品质电力,这也是其相对于光伏的最重要优势,伴随光伏发电的成本下跌,传统的槽式技术需要更加凸显其优势,更大程度上降低成本。利用导热油为传热介质对温度的限制已经决定了其难以在此基础上实现多大程度的突破,为此,采用熔盐作为传热和储热介质开始被寄予厚望。

 

如果槽式电站也可以如熔盐型塔式电站一样获得550℃左右的工作温度,则其电站效率将进一步提升,度电成本也有望获得较大程度的削减。

 

意大利与中国的实践

 

全球虽有不少机构在对熔盐型槽式技术进行研发,但目前看来,其独在意大利获得了一定发展,意大利国家新技术、能源和可持续经济发展局(ENEA)成功地将该技术推向了实践性的应用。ENEA最先建设了一个熔盐示范系统,目的是掌握熔盐在水平集热管中的作业流程和规律。ENEA同时与阿基米德合作开发了一种可耐高温的集热管选择性吸收涂层,据公开资料,该涂层是由一层金属层和两层陶瓷层组成的,最高可耐580℃高温。

 

2008年,在意大利国家电力公司ENEL的支持下,其于意大利西西里岛的Priolo Gargallo开工建设了一个5MW的熔盐型槽式示范电站,并于2010年7月建成。这个示范电站配8小时储热系统,采用了阿基米德集热管,成功证明了槽式熔盐型光热发电技术的可应用性。

 

在ENEA和ENEL之后,开发熔盐型集热管的阿基米德太阳能公司又于今年对此进行了示范。阿基米德和日本的Chiyoda公司已于今年7月3日在意大利的Massa Martana投运了一个熔盐型槽式光热发电示范系统,这是一个集热总长度600米的标准回路,配置储热5小时。

 

美国Skyfuel公司创始人Arnold Leitner认为,意大利将率先成为熔盐型槽式技术的大市场。

 

熔盐型槽式技术面临的挑战主要有两个方面,一个是熔盐的凝固。一旦熔盐在系统中凝固,则可能导致系统整体或部分报废。另外一个就是集热管的耐高温性,当前的真空集热管的选择性吸收涂层在高温下易分解或脱落,最高运行温度一般不能高于400℃,熔盐槽式技术对集热管提出了更高的要求,需对该选择性吸收涂层进行改进。

 

熔盐型槽式技术的优点则更是显而易见,首先,其工作温度在290℃~565℃之间,相对传统槽式大大提高,汽轮机的效率因之可提高5%~7%,发电量大幅提升。同时,熔盐用量相对大大降低,是采用导热油为介质、储热相同的槽式电站的1/3用量。

 

Arnold Leitner分析认为,为获得较高的集热温度,熔盐槽式电站需要采用更大的槽式集热器设计,目前常见的单个集热阵列150米的ET150设计不适宜于熔盐槽式电站的应用,如果采用单个集热阵列250米长的集热器设计,可相对降低集热器之间的连接软管的用量,降低潜在的出现熔盐凝固“冰点”的几率。同时,由于熔盐比导热油在集热管中可汇集更多的热量,达到更高的温度,可大大降低压力差,减少集热阵列和管道系统的长度和数量,粗略估计可减少50%之多。另外,这也意味着可以采用更小的集流管。最后,熔盐的蒸汽压几乎接近于零,不会对集热管和管道造成压力,这意味着采用壁厚更小的管道系统即可,泵送损失也将降低。

 

业内不少人士依然对熔盐型槽式技术存有质疑,这是可以理解的。毕竟熔盐槽式光热电站还未有成功的商业化应用案例。

 

意大利目前已经规划了一个宏伟的目标:实现熔盐槽式光热电站装机600MW。这是一项耗资巨大的计划,其中最关键的是,有资本方愿意为这种在外界看来“拥有较大潜在风险”的项目提供融资吗?

 

意大利对光热发电的普通电价补贴额度在32欧分/kwh,同时根据地域不同,各地的电价在此基础上下浮动8~9欧分,由此推算,意大利的光热发电可获得的最高电价大概在40欧分/Kwh,但必须配置储热。在此补贴基础上开发光热电站是具备投资价值的,意大利目前正在着手300MW的光热电站开发计划的实施,均采用槽式技术,塔式电站在意大利几乎不可能获得许可。

 

美国的SolarReserve正在建设的110MW的新月沙丘熔盐塔式光热电站预计将于今年年底建成投运,这也是当前全球正在建设的最大的熔盐型塔式电站。从1995年的Solar Two到2011年的GemaSolar,再到如今的新月沙丘,塔式熔盐光热发电的发展历史已经过去了近20年。

 

而第一座熔盐槽式电站建成于2010年,到今年仅三年多时间,意大利方面声称其已经掌握了较为成熟的可以产业化的技术,但现在的问题是在未来几年,是否有资本愿意支持这一技术的项目开发?如果意大利能够在未来几年内成功地建起数百兆瓦的熔盐槽式电站,将是该技术近几年研发成果的最好证明,也将成为槽式光热发电技术更新换代的标志。

 

而在中国,深圳市金钒能源科技有限公司规划建于甘肃阿克塞的50MW槽式电站项目即将开工建设,其采用的即是熔盐槽式技术,该项目规划于2015年建成并实现稳定可靠运行,届时其也将成为槽式光热发电历史上的标志性事件!

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关键字:熔盐型 槽式 光热发电技术

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