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熔鹽型槽式光熱發電技術將興起？

發布者：本網記者Alice Jason | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 2評論 | 8957查看 | 2013-09-08 10:09:00

　　CSPPLAZA光熱發電網報道：以熔鹽(yan)為傳(chuan)熱(re)和(he)儲熱(re)介(jie)質的(de)槽(cao)式(shi)(shi)光熱(re)發(fa)電技術(shu)當前仍停(ting)留在工程師的(de)設想藍圖里，其在全球范圍(wei)內都(dou)尚(shang)無(wu)商(shang)業化應用的(de)成功案例(li)。對于這(zhe)樣一(yi)種(zhong)新型(xing)的(de)槽(cao)式(shi)(shi)技術(shu)，雖然其面(mian)臨(lin)的(de)問(wen)題(ti)和(he)障礙還有很多，但只要有一(yi)個商(shang)業化項(xiang)目獲得成功，就很可能(neng)將(jiang)帶來槽(cao)式(shi)(shi)技術(shu)的(de)全面(mian)更新換代(dai)。

熔鹽槽式技術的演變

　　槽式技術是一種“萬能”的聚光太陽能集熱技術，當前最為成熟和應用最廣泛的是以導熱油為傳熱介質的槽式技術，其可以根據實際的終端需求生產200℃~400℃溫度區間內的熱源，以應用于工業供熱、輔助石油萃取、發電等不同領域。以色列LUZ公司在最開始推廣光熱技術時就是將其作為太陽能工業用熱的解決方案推向市場的，但其在以色列和美國都沒有找到對應的市場，此后便開始轉向熱發電市場。

　　槽式光熱電站的大規模應用源于建于美國加州的SEGS1項目，這是全球第一個大規模的商業化槽式電站，該電站的集熱場導熱油出口油溫僅為307℃，此后，伴隨槽式集熱技術的不斷發展，槽式電站的工作溫度很快便提升至390℃。更高的工作溫度意味著更高的電站效率，傳統的槽式技術在達到390℃的最高溫度后遇到了最大的一道屏障，由于其采用的傳熱介質聯苯聯苯醚導熱油的工作溫度上限為400℃，在不改變傳熱介質的前提下將難以實現更高的運行溫度。

　　熔鹽為槽式技術進一步提高電站效率打開了一扇窗。

　　目前常用的二元熔鹽（60%硝酸鈉+40%硝酸鉀）在光熱發電領域最先被作為一種成熟的儲熱介質加以利用，目前全球范圍內建成的商業化帶儲熱的光熱電站絕大部分都采用了熔鹽儲熱。

　　傳統的槽式熔鹽儲熱技術由于仍以導熱油為傳熱介質，導熱油390℃的油溫上限限制了熔鹽的儲熱溫度，使熔鹽儲熱溫度不可能高于390℃，導致熔鹽的儲熱性能難以充分發揮，對熔鹽造成了極大浪費。相對工作溫度在550℃的熔鹽電站，同樣的儲熱量，這種槽式電站的儲熱耗鹽量是高溫電站耗鹽量的大約三倍。

　　塔式技術在此方面優勢明顯，熔鹽作為傳熱介質已被成功地應用于塔式電站，Solar Two是全球第一個采用熔鹽傳熱的塔式電站，該電站于1995年在原Solar One的基礎上擴建而成，作為美國能源部設計的一個示范性的塔式電站，雖然其于1999年退役，到2009年被徹底拆除。但其依然為熔鹽型塔式電站的建設積累了示范經驗。到2011年，西班牙的Gemasolar塔式電站作為首個采用熔鹽作傳熱儲熱介質的商業化光熱電站開始投入運行，這成為熔鹽型塔式技術發展的重要里程碑。

　　傳統的槽式技術當前似乎正陷入一種較為窘迫的境地，電力市場的價格競爭要求其實現更高的運行溫度，提供更可調的高品質電力，這也是其相對于光伏的最重要優勢，伴隨光伏發電的成本下跌，傳統的槽式技術需要更加凸顯其優勢，更大程度上降低成本。利用導熱油為傳熱介質對溫度的限制已經決定了其難以在此基礎上實現多大程度的突破，為此，采用熔鹽作為傳熱和儲熱介質開始被寄予厚望。

　　如果槽式電站也可以如熔鹽型塔式電站一樣獲得550℃左右的工作溫度，則其電站效率將進一步提升，度電成本也有望獲得較大程度的削減。

意大利與中國的實踐

　　全球雖有不少機構在對熔鹽型槽式技術進行研發，但目前看來，其獨在意大利獲得了一定發展，意大利國家新技術、能源和可持續經濟發展局（ENEA）成功地將該技術推向了實踐性的應用。ENEA最先建設了一個熔鹽示范系統，目的是掌握熔鹽在水平集熱管中的作業流程和規律。ENEA同時與阿基米德合作開發了一種可耐高溫的集熱管選擇性吸收涂層，據公開資料，該涂層是由一層金屬層和兩層陶瓷層組成的，最高可耐580℃高溫。

圖：意大利阿基米德5MW熔鹽(yan)槽式示(shi)范電站

　　2008年，在意大利國家電力公司ENEL的支持下，其于意大利西西里島的Priolo Gargallo開工建設了一個5MW的熔鹽型槽式示范電站，并于2010年7月建成。這個示范電站配8小時儲熱系統，采用了阿基米德集熱管，成功證明了槽式熔鹽型光熱發電技術的可應用性。

　　在ENEA和ENEL之后，開發熔鹽型集熱管的阿基米德太陽能公司又于今年對此進行了示范。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投運了一個熔鹽型槽式光熱發電示范系統，這是一個集熱總長度600米的標準回路，配置儲熱5小時。

　　美國Skyfuel公司創始人Arnold Leitner認為，意大利將率先成為熔鹽型槽式技術的大市場。

　　熔鹽型槽式技術面臨的挑戰主要有兩個方面，一個是熔鹽的凝固。一旦熔鹽在系統中凝固，則可能導致系統整體或部分報廢。另外一個就是集熱管的耐高溫性，當前的真空集熱管的選擇性吸收涂層在高溫下易分解或脫落，最高運行溫度一般不能高于400℃，熔鹽槽式技術對集熱管提出了更高的要求，需對該選擇性吸收涂層進行改進。

　　熔鹽(yan)(yan)型(xing)槽(cao)式(shi)技術(shu)的(de)優點則更是顯而易見，首(shou)先，其(qi)工作溫(wen)度在290℃~565℃之間，相(xiang)(xiang)對(dui)傳統槽(cao)式(shi)大(da)大(da)提(ti)高，汽輪機的(de)效率因之可(ke)提(ti)高5%~7%，發電(dian)量大(da)幅提(ti)升(sheng)。同時，熔鹽(yan)(yan)用量相(xiang)(xiang)對(dui)大(da)大(da)降低，是采用導熱油為介(jie)質、儲熱相(xiang)(xiang)同的(de)槽(cao)式(shi)電(dian)站(zhan)的(de)1/3用量。

　　Arnold Leitner分析認為，為獲得較高的集熱溫度，熔鹽槽式電站需要采用更大的槽式集熱器設計，目前常見的單個集熱陣列150米的ET150設計不適宜于熔鹽槽式電站的應用，如果采用單個集熱陣列250米長的集熱器設計，可相對降低集熱器之間的連接軟管的用量，降低潛在的出現熔鹽凝固“冰點”的幾率。同時，由于熔鹽比導熱油在集熱管中可匯集更多的熱量，達到更高的溫度，可大大降低壓力差，減少集熱陣列和管道系統的長度和數量，粗略估計可減少50%之多。另外，這也意味著可以采用更小的集流管。最后，熔鹽的蒸汽壓幾乎接近于零，不會對集熱管和管道造成壓力，這意味著采用壁厚更小的管道系統即可，泵送損失也將降低。

　　業內不少人士依然對熔鹽型槽式技術存有質疑，這是可以理解的。畢竟熔鹽槽式光熱電站還未有成功的商業化應用案例。

　　意大利目前已經規劃了一個宏偉的目標：實現熔鹽槽式光熱電站裝機600MW。這是一項耗資巨大的計劃，其中最關鍵的是，有資本方愿意為這種在外界看來“擁有較大潛在風險”的項目提供融資嗎？

　　意大利對光熱發電的普通電價補貼額度在32歐分/kwh，同時根據地域不同，各地的電價在此基礎上下浮動8~9歐分，由此推算，意大利的光熱發電可獲得的最高電價大概在40歐分/Kwh，但必須配置儲熱。在此補貼基礎上開發光熱電站是具備投資價值的，意大利目前正在著手300MW的光熱電站開發計劃的實施，均采用槽式技術，塔式電站在意大利幾乎不可能獲得許可。

　　美國的SolarReserve正在建設的110MW的新月沙丘熔鹽塔式光熱電站預計將于今年年底建成投運，這也是當前全球正在建設的最大的熔鹽型塔式電站。從1995年的Solar Two到2011年的GemaSolar，再到如今的新月沙丘，塔式熔鹽光熱發電的發展歷史已經過去了近20年。

　　而第一座熔鹽槽式電站建成于2010年，到今年僅三年多時間，意大利方面聲稱其已經掌握了較為成熟的可以產業化的技術，但現在的問題是在未來幾年，是否有資本愿意支持這一技術的項目開發？如果意大利能夠在未來幾年內成功地建起數百兆瓦的熔鹽槽式電站，將是該技術近幾年研發成果的最好證明，也將成為槽式光熱發電技術更新換代的標志。

　　而在中國，深圳市金釩能源科技有限公司規劃建于甘肅阿克塞的50MW槽式電站項目即將開工建設，其采用的即是熔鹽槽式技術，該項目規劃于2015年建成并實現穩定可靠運行，屆時其也將成為槽式光熱發電歷史上的標志性事件！

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