CSPPLAZA光熱發電網報道:以(yi)陶瓷粒子為傳儲熱介質是光(guang)熱發電技(ji)術(shu)(shu)創新(xin)的一大熱點,長期以(yi)來,以(yi)德國(guo)宇航中(zhong)心(xin)(DLR)、法國(guo)國(guo)家科學研究中(zhong)心(xin)(CNRS)為代表的科研機構對該技(ji)術(shu)(shu)進行(xing)了持(chi)續研發。
來(lai)自中國的北(bei)京羲(xi)和(he)圣光新(xin)能(neng)源科技(ji)有限(xian)公司(簡稱“北(bei)京羲(xi)和(he)”)近年(nian)(nian)來(lai)也將目(mu)光聚焦在(zai)此領域,該公司早(zao)在(zai)2013年(nian)(nian)便首次(ci)提(ti)出采用以直(zhi)徑(jing)0.4~0.6毫(hao)米、三氧化二鋁與二氧化硅為(wei)主(zhu)要成分(fen)的陶瓷微(wei)球(qiu)作儲熱劑(ji)的新(xin)一(yi)代(dai)太(tai)陽能(neng)熱發(fa)(fa)電技(ji)術(shu),并自籌資金進行了集熱器的研發(fa)(fa),中國和(he)美國分(fen)別(bie)在(zai)2016年(nian)(nian)1月(yue)和(he)2018年(nian)(nian)7月(yue)批準上述(shu)技(ji)術(shu)的發(fa)(fa)明專利授(shou)權。
此外,北京(jing)羲和(he)經過研究(jiu)發現,除(chu)了(le)光熱發電(dian)領域,利用(yong)陶瓷微球儲(chu)熱也(ye)是電(dian)網削(xue)峰填谷、平穩高效運行的(de)一個低成本、高效率的(de)思(si)路,有著(zhu)非常大的(de)市場運用(yong)空間。
2018年,在(zai)公司(si)進行陶瓷(ci)(ci)微球作儲(chu)熱劑的新(xin)一(yi)代太陽(yang)能熱發(fa)電(dian)(dian)技術產業鏈延伸開發(fa)時,認為陶瓷(ci)(ci)微球作為儲(chu)熱劑可(ke)用于儲(chu)熱鍋(guo)爐采暖,光伏發(fa)電(dian)(dian)和(he)風(feng)力發(fa)電(dian)(dian)改善發(fa)電(dian)(dian)質量和(he)大幅減(jian)少棄(qi)(qi)風(feng)棄(qi)(qi)光的資源浪(lang)費,擴大新(xin)能源發(fa)電(dian)(dian)的消納。
經(jing)過進一步研(yan)究探索,目前北京羲和已成(cheng)功開發出一項固體儲熱(re)新技術(shu)——移動床(chuang)陶(tao)瓷微(wei)(wei)球(qiu)儲熱(re)系統,該(gai)系統采用(yong)直徑0.4~0.6毫米(mi)的陶(tao)瓷微(wei)(wei)球(qiu)進行儲熱(re),具備(bei)靈活性(xing)大、效率(lv)高、設(she)備(bei)維(wei)護簡便的優勢(shi),同(tong)時單個設(she)備(bei)的儲熱(re)能力巨大,可(ke)達到上(shang)百兆瓦。同(tong)時,儲熱(re)用(yong)陶(tao)瓷微(wei)(wei)球(qiu)有著(zhu)卓越的性(xing)能表現(xian),在(zai)高溫環(huan)境下能夠維(wei)持良好(hao)的強(qiang)度、耐磨性(xing)和抗熱(re)震性(xing)能等。
表、儲熱陶瓷微球性能要求
據悉(xi),該系統(tong)由高(gao)(gao)位(wei)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)罐(guan)、陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)流量(liang)調(diao)節閥、陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)電加熱器(qi)、高(gao)(gao)溫(wen)(wen)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)儲罐(guan)、高(gao)(gao)溫(wen)(wen)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)流量(liang)調(diao)節閥組(zu)、陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)-水換熱器(qi)、低溫(wen)(wen)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)流量(liang)調(diao)節閥組(zu)、循環水泵(beng)、低溫(wen)(wen)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)儲存(cun)罐(guan)、低溫(wen)(wen)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)切斷閥、陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)篩分器(qi)以及斗式(shi)提(ti)升(sheng)機各部(bu)分組(zu)成。
圖:電(dian)加熱陶(tao)瓷微球儲熱系(xi)統
在高位陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)罐(guan)內(nei)的陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)經陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)流量調節閥(fa)進入陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)電加(jia)熱(re)器加(jia)熱(re),經過(guo)2-3秒(miao)加(jia)熱(re)至(zhi)800℃的陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)進入高溫(wen)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)儲罐(guan)儲存(cun)。通(tong)過(guo)高溫(wen)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)流量調節閥(fa)組,陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)進入陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)-水(shui)換熱(re)器,從(cong)而將來自循環(huan)水(shui)泵的水(shui)加(jia)熱(re)到(dao)需要(yao)的溫(wen)度(du)送(song)給(gei)用戶(hu)。
與水換熱后溫度降低(di)至(zhi)約100℃的陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)通過(guo)(guo)低(di)溫陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)流量(liang)(liang)調節閥組進入低(di)溫陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)儲罐。低(di)溫陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)通過(guo)(guo)低(di)溫陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)切斷閥,經過(guo)(guo)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)篩分器去(qu)除極少量(liang)(liang)因磨損破碎的陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)粉末(mo)后進入斗(dou)式提升(sheng)機,再(zai)將(jiang)低(di)溫陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)提升(sheng)至(zhi)高位陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)罐。陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)粉末(mo)裝(zhuang)桶(tong)回收。
據北京(jing)羲和(he)方面介(jie)紹,該系統(tong)具備以(yi)下幾點技術優勢:
1)陶瓷微(wei)球作為支撐劑(ji)已廣(guang)泛的由于(yu)石油開采的壓裂技術,國(guo)內(nei)年產能力達百萬噸以上,處于(yu)產能過剩狀態,其中的高密度陶瓷微(wei)球可供應0.3-1.0毫米不同直徑的產品(pin),價格(ge)低、貨(huo)源廣(guang)。
2)陶瓷(ci)微球在1200℃時能(neng)保持(chi)良(liang)好(hao)的(de)流動性,具有良(liang)好(hao)的(de)強度、耐(nai)磨和抗熱震(zhen)性能(neng),使用(yong)壽(shou)命(ming)長。
3)陶瓷微球的熱容與(yu)溫度(du)(du)有關,在600℃以(yi)上是(shi)為(wei)1.2千(qian)焦/千(qian)克·度(du)(du),在600℃以(yi)下為(wei)1.15千(qian)焦/千(qian)克·度(du)(du),按我方技術其儲熱溫度(du)(du)差為(wei)800℃-100℃=700℃,陶瓷微球的堆(dui)積比(bi)重為(wei)2,單位體積的儲熱能力是(shi)水的7-8倍。
4)陶瓷微(wei)球實現(xian)了移動床(chuang)儲(chu)熱(re),儲(chu)熱(re)和放熱(re)是在不同(tong)的設(she)備(bei)內進行,與固(gu)定床(chuang)儲(chu)熱(re)相比其靈活性大、效率高、設(she)備(bei)維護簡便,陶瓷微(wei)球儲(chu)熱(re)量能(neng)夠容易達到采暖的全天需求。
5)陶瓷(ci)微球易于儲(chu)存,對儲(chu)存設(she)(she)備(bei)的形狀和大(da)小(xiao)沒有特殊要求,儲(chu)熱(re)設(she)(she)備(bei)的造(zao)價下(xia)降(jiang)30-50%,單個(ge)設(she)(she)備(bei)的儲(chu)熱(re)能力(li)巨(ju)大(da),可達(da)到上百兆(zhao)瓦,而(er)且(qie)儲(chu)熱(re)能力(li)越大(da)效率越高、造(zao)價越低。
為使系統達到(dao)理想的工作性能,北京羲和很早就開(kai)始了(le)加熱器(qi)小型熱試(shi)與(yu)關鍵零(ling)部件的試(shi)制(zhi)。
圖:電加熱器的小型冷試和熱試裝置
2013年初至2015年8月,公司自籌資金(jin)進行了陶瓷微球作(zuo)儲熱劑電加熱器的小型冷試(shi)(shi)和熱試(shi)(shi),獲得較理想的結果(guo),取得在1秒(miao)的極短時間內(nei)將直徑0.4毫米(mi)的陶瓷微球加熱到(dao)700℃的測試(shi)(shi)結果(guo)。
2016年(nian)初至2018年(nian)底,北京羲(xi)和研制(zhi)加熱器的(de)(de)關鍵部件陶瓷螺(luo)旋套的(de)(de)成型模具(ju)和制(zhi)造(zao)(zao)工(gong)藝(yi)并完成內(nei)徑(jing)220毫米高400毫米的(de)(de)陶瓷螺(luo)旋套的(de)(de)試制(zhi),為制(zhi)造(zao)(zao)內(nei)徑(jing)為800-1000毫米的(de)(de)商用螺(luo)旋套創造(zao)(zao)了有利(li)的(de)(de)條件,解決了制(zhi)造(zao)(zao)工(gong)藝(yi)和模具(ju)設計與制(zhi)造(zao)(zao)的(de)(de)難(nan)題。
圖:試制成功的內徑220毫(hao)米高400毫(hao)米的陶(tao)瓷螺(luo)旋(xuan)套
2019年9月公司采用(yong)新制(zhi)成的螺旋套重(zhong)建陶(tao)瓷微(wei)(wei)球(qiu)電加(jia)熱(re)器(qi)小型熱(re)試裝置(zhi),將(jiang)陶(tao)瓷微(wei)(wei)球(qiu)在電加(jia)熱(re)器(qi)內停留時間由1秒(miao)延長到3秒(miao),將(jiang)陶(tao)瓷微(wei)(wei)球(qiu)的加(jia)熱(re)后溫度由700℃提(ti)高到850-900℃,進(jin)一步提(ti)高了儲熱(re)能力(li)。
目前,該公司正計(ji)劃(hua)對該系統進行中試,也歡迎對該技術感(gan)興趣的業(ye)界企業(ye)洽談合作(zuo)。