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CSPPLAZA光熱發電網訊：“固體顆(ke)粒儲(chu)放(fang)熱技術(shu)方案靈(ling)活，熱源的(de)選擇性多，放(fang)熱方式靈(ling)活，可(ke)(ke)換(huan)熱參數范(fan)圍廣泛；由于擁有很(hen)大的(de)工作溫(wen)度區(qu)間，該技術(shu)既可(ke)(ke)用(yong)于發電也可(ke)(ke)用(yong)于生產(chan)工業蒸汽；同時還可(ke)(ke)以實(shi)現模塊化(hua)配置，并通(tong)過就(jiu)地取材等措施實(shi)現低成本儲(chu)熱。”

6月22-23日，由中國清潔(jie)供熱(re)平(ping)臺(tai)主(zhu)辦的2021年第(di)三(san)屆(jie)中國儲(chu)熱(re)大會在常州召開，東方電氣集團東方鍋爐股份有(you)限公司（簡稱東方鍋爐）技術(shu)中心儲(chu)熱(re)高(gao)工李有(you)霞作了題(ti)為“固體顆粒儲(chu)放(fang)熱(re)技術(shu)”的主(zhu)題(ti)演講。

為何要研究固體顆粒儲熱技術？

固體(ti)顆(ke)粒(li)儲(chu)(chu)熱(re)其實是(shi)一種(zhong)顯熱(re)儲(chu)(chu)熱(re)技術(shu)，原理和熔鹽(yan)儲(chu)(chu)熱(re)一樣(yang)，利用(yong)能(neng)量(liang)(liang)來源加熱(re)低溫顆(ke)粒(li)升溫，將能(neng)量(liang)(liang)轉換(huan)為高溫顆(ke)粒(li)顯熱(re)儲(chu)(chu)存(cun)；當需要(yao)釋放(fang)能(neng)量(liang)(liang)時(shi)，將存(cun)儲(chu)(chu)的高溫顆(ke)粒(li)與(yu)用(yong)熱(re)介質進行換(huan)熱(re)，從而釋放(fang)所儲(chu)(chu)存(cun)的能(neng)量(liang)(liang)。

圖：工作原理

據李有霞介紹，東(dong)方(fang)鍋爐(lu)最初開(kai)始研究該技術是(shi)源(yuan)于光(guang)熱發電，希望通過固體顆粒儲(chu)熱技術來進(jin)一步提高光(guang)熱發電系統工質溫度，進(jin)而提升電廠效(xiao)率。

該技術主要有以下(xia)幾方面(mian)優勢：與常規的導熱油、熔鹽、水蒸氣和空氣等介質相(xiang)比（詳見(jian)下(xia)表(biao)），固(gu)體顆粒(li)使用溫度(du)上限(xian)可以達到(dao)1000℃左右(you)，運行溫度(du)高且無溫度(du)下(xia)限(xian)，不(bu)存在凝(ning)固(gu)風險(xian)；固(gu)體顆粒(li)耐熱性能(neng)好，儲能(neng)密度(du)大；材料價(jia)格便宜(yi)，無毒無害(hai)，循環(huan)性好，可常壓運行，儲熱成本低(di)。

表(biao)：太陽能熱發電系統(tong)中各種工作介質(zhi)對比

有哪些技術痛點？東鍋選擇如何應對？

相(xiang)對(dui)于其(qi)它流(liu)體介質而言固(gu)體顆粒存(cun)在傳(chuan)熱和流(liu)動性能不佳(jia)，輸送也相(xiang)對(dui)困難的技術問題。

李有霞(xia)表示，東方(fang)(fang)鍋爐致力于固體顆(ke)(ke)粒(li)(li)儲放(fang)熱(re)技術開(kai)發(fa)(fa)(fa)，旨在將其推廣至高(gao)溫光熱(re)發(fa)(fa)(fa)電領域及中高(gao)溫用熱(re)領域。為(wei)此，結(jie)合(he)上述技術難點，東方(fang)(fang)鍋爐針對性開(kai)發(fa)(fa)(fa)出固體顆(ke)(ke)粒(li)(li)儲熱(re)和放(fang)熱(re)換熱(re)器、高(gao)低溫儲罐以及固體顆(ke)(ke)粒(li)(li)輸送設備等(deng)核(he)心裝備。

首先，東方鍋爐(lu)開發出一(yi)種多(duo)級流(liu)(liu)化(hua)床顆粒換(huan)熱(re)(re)器(qi)，可(ke)以(yi)很好解決固體(ti)顆粒傳熱(re)(re)困(kun)難的問題。該(gai)換(huan)熱(re)(re)器(qi)內設置多(duo)個倉室，每(mei)一(yi)個倉室之(zhi)內布(bu)置換(huan)熱(re)(re)管(guan)，換(huan)熱(re)(re)管(guan)內是(shi)工質(zhi)(zhi)，儲熱(re)(re)時候是(shi)熱(re)(re)源工質(zhi)(zhi)，放熱(re)(re)時為用(yong)熱(re)(re)工質(zhi)(zhi)，管(guan)外(wai)顆粒在流(liu)(liu)化(hua)風作(zuo)用(yong)下呈流(liu)(liu)態化(hua)和管(guan)內工質(zhi)(zhi)進行換(huan)熱(re)(re)。

據李有霞(xia)介(jie)紹(shao)，上(shang)述設(she)計(ji)可大大提升(sheng)換(huan)熱(re)(re)系數，使固體顆(ke)粒(li)和工質換(huan)熱(re)(re)呈逆流(liu)換(huan)熱(re)(re)。多級受熱(re)(re)面(mian)匹配設(she)計(ji)，能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)預熱(re)(re)、蒸發和過熱(re)(re)等多種(zhong)參數的輸出。同時，從(cong)床(chuang)(chuang)層設(she)計(ji)上(shang)來說，東方鍋爐綜(zong)合流(liu)化床(chuang)(chuang)設(she)計(ji)經驗，降(jiang)低了流(liu)化床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)層，進(jin)而降(jiang)低流(liu)化風壓頭，并(bing)對(dui)流(liu)化風系統也進(jin)行優化設(she)計(ji)，以減小熱(re)(re)損失。

東(dong)方(fang)鍋(guo)爐(lu)在流化(hua)(hua)床(chuang)鍋(guo)爐(lu)物料流化(hua)(hua)換(huan)熱(re)方(fang)面具有豐富的設計(ji)經驗與運行業績(ji)，為多級流化(hua)(hua)床(chuang)固體顆粒(li)換(huan)熱(re)器的設計(ji)奠定了(le)堅實的基礎(chu)。

目前，東方鍋(guo)爐已成功(gong)為科(ke)技部重點研(yan)發計劃2018YFB1501003“超臨界CO2高效換熱研(yan)究”項(xiang)目設計并(bing)供貨了固(gu)體顆粒與sCO2換熱器(qi)（詳見(jian)下圖）。

其(qi)次是顆粒輸(shu)(shu)送問(wen)題。東方鍋爐依托集團公(gong)司大型科研項目(mu)建成了粉體(ti)特性測(ce)試基礎實驗室和工(gong)業試驗平(ping)臺進行固體(ti)顆粒氣力輸(shu)(shu)送技術(shu)開發(fa)。該平(ping)臺具備粉體(ti)輸(shu)(shu)送技術(shu)輸(shu)(shu)出、發(fa)料罐等關鍵設備的研發(fa)設計，與工(gong)程（技術(shu)）服務能力。已具有漠沙及(ji)其(qi)他類物料多項輸(shu)(shu)送業績。

該(gai)平(ping)臺的輸(shu)送(song)能(neng)力為10t/d～220t/d，達到了工業化應用的輸(shu)送(song)等(deng)級；輸(shu)送(song)壓(ya)力可達0.3～5.3Mpa；設(she)計固氣(qi)(qi)比為5～30 kg（固）/kg(氣(qi)(qi))；輸(shu)送(song)氣(qi)(qi)源可選氮氣(qi)(qi)、二氧化碳(tan)、空氣(qi)(qi)等(deng)；可以輸(shu)送(song)煤(mei)粉、漠沙(sha)、石(shi)油(you)焦、生(sheng)物質等(deng)粉體與顆粒物料。目前，東方鍋(guo)爐已依(yi)托該(gai)平(ping)臺的基礎研究工作(zuo)設(she)計出可靠(kao)的氣(qi)(qi)體輸(shu)送(song)系統。

最后是固體顆(ke)粒(li)(li)材(cai)質選擇(ze)方面。李有(you)霞介紹(shao)稱，針(zhen)對工作(zuo)溫度500℃以(yi)下(xia)的(de)中低(di)溫領域，東方鍋爐(lu)篩(shai)選合(he)適粒(li)(li)徑的(de)漠沙作(zuo)為(wei)儲(chu)熱介質，成本低(di)廉；針(zhen)對與火電靈(ling)活性(xing)改造耦合(he)的(de)應用(yong)場景，東方鍋爐(lu)則測試了(le)循環灰的(de)性(xing)能(neng)，可以(yi)直接用(yong)循環灰作(zuo)為(wei)儲(chu)熱顆(ke)粒(li)(li)；在超臨界二氧化碳系統方面，選擇(ze)了(le)一種(zhong)可耐高溫、且表面經(jing)過特殊處理的(de)顆(ke)粒(li)(li)材(cai)料。

適用于哪些應用場景？

1、火(huo)電靈活性改造——利用固體(ti)顆(ke)粒儲熱(re)技術(shu)可(ke)中高(gao)溫運行的特點將(jiang)熱(re)電聯產機組進(jin)行熱(re)電解耦。

應用原理：可采(cai)用“純(chun)儲熱+邊(bian)(bian)儲邊(bian)(bian)放(fang)+純(chun)放(fang)熱”等靈(ling)活(huo)的運行模式在機組高負荷時間段富裕的蒸(zheng)(zheng)汽用于加熱固體顆粒(li)儲存蒸(zheng)(zheng)汽熱，在機組低負荷供(gong)熱不足時對外供(gong)汽供(gong)熱，實(shi)現熱電(dian)解耦(ou)。

李有霞表示，當前可(ke)再生能(neng)源大比例增加(jia)，好多機組都(dou)面(mian)臨深(shen)(shen)度調峰的需求，結(jie)合(he)固體顆粒儲熱(re)(re)技術(shu)可(ke)以運用不同的汽(qi)源，把進汽(qi)輪(lun)機做功的蒸汽(qi)量減(jian)下來(lai)用于儲熱(re)(re)，實現深(shen)(shen)度調峰，而且，相比電加(jia)熱(re)(re)技術(shu)，這樣操作(zuo)可(ke)以直接將熱(re)(re)能(neng)儲存起來(lai)并按(an)需對外供熱(re)(re)，省去了熱(re)(re)—電—熱(re)(re)的效(xiao)率損失。

2、配套(tao)光熱發電(dian)系統建設可再生能源(yuan)(yuan)基地；利用棄(qi)風棄(qi)光電(dian)能，助(zhu)力(li)可再生能源(yuan)(yuan)消納。

圖：配套光熱發電(dian)建設(she)可再(zai)生能源基地（左）/結合棄風棄光助力(li)消(xiao)納（右）

李(li)有霞(xia)表示，與(yu)超(chao)臨界二氧化碳光熱(re)(re)發(fa)電系(xi)統配套(tao)也是(shi)固體顆粒儲熱(re)(re)技(ji)術(shu)的一個(ge)重要應用(yong)方(fang)向。在(zai)可(ke)再生(sheng)能源(yuan)在(zai)整個(ge)能源(yuan)體系(xi)快速增加(jia)的當下，我(wo)們需要構建可(ke)再生(sheng)能源(yuan)基地(di)(di)，最好是(shi)自(zi)己帶有儲熱(re)(re)系(xi)統，實現(xian)自(zi)我(wo)調峰(feng)，而不是(shi)靠傳(chuan)統的煤電調峰(feng)，這時“高溫光熱(re)(re)發(fa)電系(xi)統+固體顆粒儲熱(re)(re)技(ji)術(shu)”便有了用(yong)武之地(di)(di)。

同時(shi)，也(ye)可(ke)以(yi)將固(gu)體顆(ke)粒(li)儲熱技(ji)術(shu)與(yu)風力/光伏可(ke)再(zai)生能源(yuan)發(fa)電技(ji)術(shu)相結合，利(li)用棄風棄光電力加(jia)熱固(gu)體顆(ke)粒(li)，實現在用能高(gao)峰時(shi)間段利(li)用固(gu)體顆(ke)粒(li)所儲存的(de)熱能加(jia)熱水工(gong)質產(chan)生高(gao)溫蒸汽(qi)外供或發(fa)電，最終達到助力可(ke)再(zai)生能源(yuan)消納的(de)目的(de)。

3、高溫(wen)余熱(re)利用領域。可以(yi)(yi)將(jiang)煉(lian)鋼(gang)企業(ye)的一些爐渣、轉爐煙氣等(deng)高溫(wen)余熱(re)源通過固體顆粒儲(chu)熱(re)技術進行能(neng)量回收儲(chu)存，并根(gen)據需要對外提供高溫(wen)蒸汽(qi)、供熱(re)或(huo)發(fa)電，以(yi)(yi)改善余熱(re)發(fa)電或(huo)者供汽(qi)的經濟性。