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一文读懂光热发电行业认可度最高的储热介质——熔盐

发表于:2017-09-15 11:15:31 来源:CSPPLAZA

太阳能热发电技术从上世纪八十年代发展至今,对充当其传热介质的材料进行了多样化的尝试,包括水和蒸汽、空气、液态金属、导热油及熔盐等。随着光热发电技术的革新,所需要的传热介质使用温度愈来愈高,要求的传热能力也愈来愈强。

熔盐是优良的传热储能介质,在建筑供暖、谷电制热、风电消纳等方面都具有一定的应用前景。由于其具有较高的使用温度、高热稳定性、高比热容、高对流传热系数、低粘度、低饱和蒸汽压、低价格等“四高三低”的优势,成为目前光热发电领域中认可度最高的传储热介质之一。

据统计,在首批的20个光热发电示范项目中,18个采用熔盐储能。已备案新增92个光热发电站清单中,86个采用熔盐储能。然而,光热电站中所使用的熔盐在品质与价格方面都与常见农用化肥(硝酸钾和硝酸钠为常见的化肥原料)有较大差别,同时熔盐在生产与使用过程中因自身特性导致的一系列问题已成为业内关注的重点。

目前,首批示范项目建设的陆续展开也将对熔盐产品开展集中式采购。本文将从熔盐品质界定入手,针对熔盐的不同生产方式、腐蚀问题、首批示范项目采购标准、槽式与塔式项目对熔盐的不同要求以及低熔点熔盐未来发展形势等方面进行了深入的分析与解答,以为示范项目熔盐采购提供一些参考。

熔盐品质好坏如何界定?

根据应用领域的要求不同,所使用的熔盐产品亦有所区别。常见的光热熔盐品种有二元盐(40%KNO3+60%NaNO3)、三元盐(53%KNO3+7%NaNO3+40%NaNO2)和低熔点熔盐产品等。对于光热发电而言,二元熔盐的应用较为广泛及成熟。

据CSPPLAZA记者了解,以使用二元熔盐为例,槽式电站的使用量约是塔式电站的2.5倍左右。对于50MW、配置8小时储能的塔式电站,熔盐需求量约为1.2万吨,对于50MW、配置8小时储能的槽式电站,熔盐需求量约为3万吨。然而,在光热电站对熔盐需求量如此之高的情况下,中国当前对光热电站所使用熔盐的测试方法、测试项目、组分指标的要求尚没有统一的衡量标准,容易导致熔盐市场鱼龙混杂,以次充好。

熔盐通过选取不同类别的单体原材料(单晶盐),严格按照一定比例复配形成性能稳定的混合共晶盐。在熔盐所选用的单晶盐中,若杂质离子(如氯离子、硫酸根离子、铵根离子、碳酸根离子等)含量不能严格把关,将会导致最终的产品性能大打折扣,从而影响储换热效率,严重时可能腐蚀设备管道造成熔盐泄露事故,或者堵塞管道导致电站瘫痪。因此,杂质含量是评判熔盐品质的重要指标,高品质的熔盐产品才能更好地对电站安全性负责。

深圳市爱能森科技有限公司(以下简称爱能森)首席专家曾智勇向CSPPLAZA记者介绍,现阶段,高纯度的熔盐制备仍有较大难度,需要特定工艺去除杂质离子。因此,在选择产品供应商时,可从以下几个方面来界定产品品质:

一、产品主成分含量及其它杂质离子含量,可通过产品的组分检测来实现界定。研究发现,纯度高的产品较之低纯度产品的熔点可降低3℃以上,上限分解温度提高13℃左右,同时粘度及腐蚀性也可大大降低,劣化分解形成沉淀使设备结垢的风险随之降低。

二、产品含水量,即干燥程度。含水量的高低将会影响储热能力和采购成本。

三、产品的复配均匀度,这与复配的工艺及精细度有关。可从产品的色泽、颗粒均匀度粗略判断,再通过产品的性能测试进一步判断,如熔点、上限使用温度、粘度、导热、密度等参数。

除上述各项成分含量以及性能检测外,熔盐在光热电站实际应用过程中性能的良好发挥才是熔盐产品高品质的最有力证明。因此,百吉瑞(天津)新能源有限公司(以下简称百吉瑞)副总经理刘斌认为,熔盐质量好坏以是否能够满足光热电站熔盐相关系统和设备25年以上安全、稳定、高效运行为准,主要分为两方面:

一、熔盐本身做为蓄热工质的质量保证。主要要求熔盐在长期使用过程中物理化学性能保持稳定,比重、比热、粘度等各项热物性参数变化小,挥发量小。

二、熔盐对过流部件及设备的影响。主要包括熔盐罐、熔盐泵、熔盐管路、阀门、接触式测试设备、熔盐吸热器、熔盐-导热油换热器、熔盐-水工质预热器、蒸发、过热和再热器等熔盐流经设备的腐蚀、形变和热应力破坏等影响,需要保证这些设备在设计使用寿命内的正常工作。

现场混合熔化VS直产混合熔盐,孰优孰劣?

通常情况下,熔盐供应可采用现场混合熔化或者直接供应混合熔盐的方式。硝酸钾和硝酸钠早期主要应用于工业及农业,对产品品质要求相对光热发电领域较低。市场上的供应商以单体为主,基本没有复合熔盐的供应商。所以,早期国外的光热电站建设时,大多直接选购硝酸钾和硝酸钠,再进行现场复配。但进入光热电站系统的最终熔盐产品不是硝酸钾单体、也不是硝酸钠单体,而是二者按照一定比例复配后形成的混合共晶盐。CSPPLAZA记者根据受访各方反馈总结了两种方式的优缺点。


在实际情况中,可对上述两种情况作出相应的取舍。例如,江西金利达钾业有限责任公司(以下简称金利达钾业)总经理田野建议参考供应厂商和项目地理位置综合考虑,如硝酸钾和硝酸钠生产厂家较近,可保证两种原料连续供货,则可采用现场混盐的方式;如硝酸钾和硝酸钠生产厂家较远,可采用直接供应混合熔盐的方式。

FR:CSPPLAZA

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