槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電雙罐式熔融鹽間接儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司 ■ 田增華 張鈞

一 引言

隨著美國(guó)和西班牙多個(gè)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電站的商業(yè)運(yùn)行，該發(fā)電技術(shù)的可靠性已被證實(shí)，其在我國(guó)西部和北部等太陽(yáng)能資源較好地區(qū)具有廣闊的商業(yè)化前景。槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)由多個(gè)拋物面聚光器陣列組成太陽(yáng)能集熱場(chǎng)，將太陽(yáng)直接輻射聚焦到集熱管加熱傳熱流體，傳熱流體進(jìn)而與水換熱產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電。其原理如圖1所示。

雖然太陽(yáng)能是巨大的能源寶庫(kù)，但到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射能量密度卻很低，而且受地理、晝夜和季節(jié)等規(guī)律變化的影響，以及陰、晴、云、雨等隨機(jī)因素的制約，其輻射強(qiáng)度也不斷發(fā)生變化，具有顯著的稀薄性、間斷性和不穩(wěn)定性。為了更好地成為一種優(yōu)質(zhì)的替代能源，提高系統(tǒng)發(fā)電效率，提高系統(tǒng)發(fā)電的穩(wěn)定性和可靠性，降低發(fā)電成本，在太陽(yáng)能熱發(fā)電中，需要設(shè)置熱能存儲(chǔ)(TES, thermal energy storage)裝置，在太陽(yáng)能不足時(shí)將儲(chǔ)存的熱能釋放出來(lái)以滿足發(fā)電需求。儲(chǔ)熱系統(tǒng)作為太陽(yáng)能熱發(fā)電站的組成部分，對(duì)電站連續(xù)、穩(wěn)定發(fā)電發(fā)揮著重要作用。太陽(yáng)能熱發(fā)電站的儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以在太陽(yáng)輻射正常時(shí)儲(chǔ)熱，而在輻射不足時(shí)放出熱來(lái)供給汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，起到功率緩沖的作用；另一方面，一天之中，中午日照強(qiáng)，早晚日照弱，在夜晚則不能用太陽(yáng)能發(fā)電，而儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以把白天太陽(yáng)輻射的能量以熱能的形式儲(chǔ)存起來(lái)，到了晚上釋放出來(lái)進(jìn)行熱發(fā)電，這樣可以起到削峰填谷的作用[1]。

儲(chǔ)熱技術(shù)是合理有效利用現(xiàn)有能源、優(yōu)化使用可再生能源和提高能源效率的重要技術(shù)。儲(chǔ)熱技術(shù)主要應(yīng)用于以下三個(gè)方面[2]：(1)在能源的生產(chǎn)與其消費(fèi)之間提供時(shí)間延遲和保障有效使用；(2)提供熱惰性和熱保護(hù)(包括溫度控制)；(3)保障能源供應(yīng)安全。

太陽(yáng)能熱發(fā)電優(yōu)于光伏發(fā)電的一大特點(diǎn)就是能采用經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)熱技術(shù)，而蓄電則相對(duì)昂貴。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中采用儲(chǔ)熱技術(shù)的目的是為了降低發(fā)電成本，提高發(fā)電的有效性，它可以實(shí)現(xiàn)[2]：(1)容量緩沖；(2)可調(diào)度性和時(shí)間平移；(3)提高年利用率；(4)電力輸出更平穩(wěn)；(5)高效滿負(fù)荷運(yùn)行等。

二 槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)儲(chǔ)熱形式選擇

現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)用的太陽(yáng)能儲(chǔ)熱主要有三種形式，顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱和化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)熱。根據(jù)儲(chǔ)熱材料的使用特點(diǎn)，無(wú)論屬于哪一類(lèi)，一般都要滿足以下幾點(diǎn)要求[3,4]：(1)儲(chǔ)熱密度大；(2)穩(wěn)定性好；(3)無(wú)毒、無(wú)腐蝕、不易燃易爆，且價(jià)格低廉；(4)導(dǎo)熱系數(shù)大，能量可以及時(shí)地儲(chǔ)存或取出；(5)不同狀態(tài)間轉(zhuǎn)化時(shí)，材料體積變化要??；(6)合適的使用溫度。

儲(chǔ)熱技術(shù)可分為直接儲(chǔ)熱和間接儲(chǔ)熱兩大類(lèi)。直接儲(chǔ)熱系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用強(qiáng)制對(duì)流換熱將熱量傳遞給儲(chǔ)熱介質(zhì)，并且儲(chǔ)熱介質(zhì)自身在換熱器內(nèi)循環(huán)。間接儲(chǔ)熱系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是傳熱流體與儲(chǔ)熱介質(zhì)為不同介質(zhì)，在儲(chǔ)熱過(guò)程中，來(lái)自于吸熱器的傳熱流體將熱能傳遞給儲(chǔ)熱介質(zhì)，而放熱過(guò)程中，換熱流體從儲(chǔ)熱材料吸取熱量，儲(chǔ)熱介質(zhì)可以是固體、液體或相變材料，自身不參與循環(huán)。

1 顯熱儲(chǔ)熱

顯熱儲(chǔ)熱是通過(guò)提高儲(chǔ)熱介質(zhì)的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)熱存儲(chǔ)，是三種熱能存儲(chǔ)方式中原理最簡(jiǎn)單、技術(shù)最成熟的，被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電的高溫儲(chǔ)熱系統(tǒng)，根據(jù)儲(chǔ)熱介質(zhì)的物理特性分為液體顯熱儲(chǔ)熱、固體顯熱儲(chǔ)熱及固體/液體雙介質(zhì)顯熱儲(chǔ)熱。

(1)液體顯熱儲(chǔ)熱

常用的液體顯熱儲(chǔ)熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油和熔融鹽，該系統(tǒng)較典型的儲(chǔ)熱形式為采用熔融鹽作為儲(chǔ)熱介質(zhì)的雙罐式儲(chǔ)熱系統(tǒng)，這種儲(chǔ)熱方式被成功應(yīng)用在西班牙Andasol電站，其儲(chǔ)熱容量為汽輪機(jī)組滿發(fā)7.5小時(shí)。

(2)固體顯熱儲(chǔ)熱

當(dāng)換熱流體的熱容非常低時(shí)，如采用空氣，固體僅僅作為儲(chǔ)熱材料。固體材料作為儲(chǔ)熱材料，常以填充層的形式堆放，需要與換熱流體進(jìn)行交換熱量。固體顯熱儲(chǔ)熱的主要方式有：砂石混凝土；玄武巖混凝土；耐高溫混凝土；澆注料陶瓷。

(3)固體/液體雙介質(zhì)顯熱儲(chǔ)熱

雙介質(zhì)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是成本較低，如采用便宜的諸如巖石、沙子或混凝土固體和較為昂貴的換(儲(chǔ))熱流體(如儲(chǔ)熱油)作為儲(chǔ)熱介質(zhì)。然而雙儲(chǔ)熱系統(tǒng)的壓降或寄生能量損失較大，這在雙介質(zhì)儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮。

2 潛熱儲(chǔ)熱

潛熱儲(chǔ)熱是利用儲(chǔ)熱介質(zhì)發(fā)生相變時(shí)吸收或放出熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存，具有儲(chǔ)熱密度大、充放熱過(guò)程溫度波動(dòng)范圍小、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，例如PS10塔式電站即采用飽和汽/水儲(chǔ)熱器。目前，太陽(yáng)能高溫潛熱儲(chǔ)熱技術(shù)應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電站還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，相變材料的高溫性能有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 化學(xué)反應(yīng)熱儲(chǔ)熱

化學(xué)反應(yīng)熱儲(chǔ)熱是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱進(jìn)行儲(chǔ)熱，具有儲(chǔ)能密度高、可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存等特點(diǎn)。這是一種非常有潛力的高溫儲(chǔ)熱方式，且成本有可能降至相對(duì)較低的水平。該方式在理論上可以滿足太陽(yáng)能熱發(fā)電的要求，對(duì)于能否滿足太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)動(dòng)力要求，以及如何與發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的問(wèn)題還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

4 儲(chǔ)熱形式及儲(chǔ)熱介質(zhì)選擇

槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電帶儲(chǔ)熱系統(tǒng)通常有兩種形式[5]：圖3的槽式系統(tǒng)常采用合成油作為傳熱流體(HTF)，熔融鹽作為顯熱儲(chǔ)熱材料，導(dǎo)熱油與儲(chǔ)熱材料之間有導(dǎo)熱油——熔融鹽換熱器，這種布置稱(chēng)為間接儲(chǔ)熱系統(tǒng)。圖4的槽式系統(tǒng)采用熔融鹽既作為傳熱流體又作為顯熱儲(chǔ)熱材料的方式，無(wú)導(dǎo)熱油——熔融鹽換熱器，這種布置稱(chēng)為直接儲(chǔ)熱系統(tǒng)。后者的優(yōu)點(diǎn)是可以減少一個(gè)換熱步驟，避免了傳熱流體與儲(chǔ)熱材料之間的不良換熱，而且適用于400℃～500℃的高溫工況。但后者也面臨一個(gè)問(wèn)題：槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的集熱場(chǎng)采用的是平面布置，且管道多，管內(nèi)的傳熱流體不容易排出，又由于熔融鹽的凝固點(diǎn)通常高于120℃，當(dāng)采用熔融鹽作為傳熱流體時(shí)，就得使用保溫和伴熱的方法防止熔融鹽凝固，這樣導(dǎo)致初期投資與運(yùn)行維護(hù)成本過(guò)大；以前也選用礦物油作為傳熱流體和儲(chǔ)熱材料時(shí)，不存在凝固問(wèn)題，但由于礦物油的溫度不能高于300℃，否則易分解，這樣限制了槽式系統(tǒng)的工作溫度不能超過(guò)300℃，導(dǎo)致效率比較低；當(dāng)然也可以選用合成油作為傳熱流體和儲(chǔ)熱材料，但其價(jià)格沒(méi)有熔融鹽那么便宜，實(shí)際工程應(yīng)用中不用于儲(chǔ)熱材料，而且合成油的溫度也不能高于400℃，這自然也限制了槽式系統(tǒng)的工作溫度不能超過(guò)400℃。

熔融鹽儲(chǔ)熱技術(shù)在太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中占有十分重要的地位，它關(guān)系著系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。熔融鹽與導(dǎo)熱油相比，可在相近的工作壓力下獲得更高的使用溫度，且耐熱穩(wěn)定性好，其傳熱系數(shù)是其他有機(jī)載體的兩倍，而且使用溫度在600℃以下時(shí)，幾乎不產(chǎn)生蒸汽。因此，穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉、熔點(diǎn)合適的熔融鹽是儲(chǔ)熱技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。目前，可作為槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電儲(chǔ)熱介質(zhì)的熔融鹽主要有太陽(yáng)鹽、Hitec和Hitec XL 三種，其性能及成本比較見(jiàn)表1[2,6]。太陽(yáng)鹽為60%NaNO3和40%KNO3的混合鹽，因?yàn)槠湓?00℃時(shí)具有非常好的熱穩(wěn)定性、低造價(jià)、對(duì)普通材質(zhì)管道及閥門(mén)的較好的兼容性及較好的儲(chǔ)熱性能最早被應(yīng)用在美國(guó)Solar 2塔式電站中[7]，目前則被廣泛應(yīng)用于槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電儲(chǔ)熱系統(tǒng)中；Hitec熔融鹽為7%NaNO3、53%KNO3和40%NaNO2的混合鹽，在450℃時(shí)具有很好的熱穩(wěn)定性，其可在短期內(nèi)用在535℃溫度下，但其在使用時(shí)需要進(jìn)行氮?dú)獗Ｗo(hù)，以防止Hitec熔融鹽在高溫下亞硝酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}[8]；Hitec XL熔融鹽為45%KNO3、48%Ca(NO3)2和7%NaNO3的混合鹽，該種熔融鹽在最初裝入系統(tǒng)時(shí)，需先將其溶解在水中，將溶液注入系統(tǒng)，然后加熱蒸發(fā)掉水分，該熔融鹽具有120℃的凝結(jié)溫度，并在500℃時(shí)也具有較好的熱穩(wěn)定性[7]。通過(guò)對(duì)三種熔融鹽的性能及價(jià)格比較，太陽(yáng)鹽凝固點(diǎn)高于其他兩種熔融鹽，但在儲(chǔ)熱系統(tǒng)需要大量熔融鹽量時(shí)，太陽(yáng)鹽較其他兩種熔融鹽具有一定的成本優(yōu)勢(shì)，因此太陽(yáng)鹽更被廣泛的應(yīng)用于槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電站儲(chǔ)熱系統(tǒng)中。

表1 熔融鹽性質(zhì)比較

三 熔融鹽儲(chǔ)熱介質(zhì)的物理特性

目前被廣泛應(yīng)用在槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的儲(chǔ)熱介質(zhì)主要為硝酸鈉(NaNO3)和硝酸鉀(KNO3)的混合鹽，即太陽(yáng)鹽，其中NaNO3與KNO3混合的質(zhì)量比例約為6:4。儲(chǔ)熱時(shí)熔融鹽的溫度將加熱至約385℃，放熱時(shí)，系統(tǒng)的熔融鹽將冷卻到約292℃，在兩種情況下，熔融鹽都為液態(tài)。

該混合熔融鹽可使用在260℃～621℃溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的降低，混合鹽在221℃出現(xiàn)凝固，在238℃出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，根據(jù)混合鹽各組分的平均潛熱可得到混合鹽潛熱約為161kJ/kg?；旌先廴邴}基本物理特性隨溫度變化情況見(jiàn)表2[9]。

雖然NaNO3和KNO3按6:4配比的工業(yè)級(jí)混合鹽被廣泛應(yīng)用于槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電儲(chǔ)熱系統(tǒng)中，但其配比份額并非固定不變，其配比份額可在6:4基礎(chǔ)上發(fā)生變化，但需要在工程設(shè)計(jì)開(kāi)始重新對(duì)混合鹽的各種性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量與計(jì)算。

混和鹽的硝酸鹽純度要保證在98%以上，其他雜質(zhì)需要滿足以下要求：氯離子(Cl?)最大濃度應(yīng)小于0.6%；其他硝酸鹽(NO3?)雜質(zhì)濃度小于1%；碳酸鹽(CO3?)濃度小于0.1%；硫酸鹽(SO4?)濃度小于 0.75%；氫氧化物(OH?)濃度小于0.2%；高氯酸鹽濃度小于0.25%；鎂濃度小于0.05%。

四 儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)備選擇

槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電雙罐式熔融鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)是由儲(chǔ)存罐、泵、換熱器和管道構(gòu)成一個(gè)封閉的系統(tǒng)，主要包括6個(gè)單元：低溫熔融鹽儲(chǔ)罐；低溫熔融鹽泵；高溫熔融鹽儲(chǔ)罐；高溫熔融鹽泵；熱油系統(tǒng)換熱器；硝酸鹽倉(cāng)儲(chǔ)。

這種配置中，來(lái)自太陽(yáng)集熱場(chǎng)的導(dǎo)熱流體(HTF)流向換熱器，熱能傳遞給來(lái)自低溫熔融鹽存儲(chǔ)罐的熔融鹽。熔融鹽接受熱能，溫度提高，并積累在高溫熔融鹽存儲(chǔ)罐中。在晚上或太陽(yáng)輻射降低的情況下，儲(chǔ)熱過(guò)程將逆過(guò)程運(yùn)行，來(lái)自高溫熔融鹽存儲(chǔ)罐的熔融鹽將被泵送，經(jīng)過(guò)換熱器，在那里熔融鹽將熱能傳遞給冷的導(dǎo)熱油(HTF)。熱流體溫度升高，而冷卻的熔融鹽將再次返回低溫熔融鹽存儲(chǔ)罐中。

1 熔融鹽罐體

熔融鹽罐為太陽(yáng)能高溫集熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)的主要部件，其性能的優(yōu)劣直接影響了整個(gè)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的成敗，其主要起三個(gè)作用[10]：

(1)儲(chǔ)熱作用。當(dāng)陰天或者太陽(yáng)光照不強(qiáng)時(shí)，可以利用罐內(nèi)的熔融鹽維持系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)。

(2)緩沖作用。當(dāng)有云層經(jīng)過(guò)集光器上面時(shí)，太陽(yáng)能高溫吸熱器將停止工作，在重新啟動(dòng)前的幾分鐘時(shí)間里面，可以利用高溫罐內(nèi)的熔融鹽維持系統(tǒng)正常運(yùn)行。

(3)支撐熔融鹽泵。熔融鹽泵為立式泵，需要安裝固定在低溫熔融鹽罐的頂部。

由于選擇的儲(chǔ)熱介質(zhì)為高純度NaNO3和KNO3的混合物，其中伴隨的雜質(zhì)(如Cl?)較少，根據(jù)國(guó)外太陽(yáng)能槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電儲(chǔ)熱罐設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，罐體設(shè)計(jì)采用碳鋼即可。

熔融鹽罐的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于熔融鹽罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。熔融鹽罐基礎(chǔ)一般采用混凝土基礎(chǔ)，但在罐體與混凝土之間需要增加多層隔熱層，并設(shè)置空氣冷卻管道，以防止高溫的熔融鹽罐體對(duì)混凝土基礎(chǔ)造成的損害。

熔融鹽罐的容積主要包括系統(tǒng)所用熔融鹽的體積、熔融鹽泵液下部分所占的體積、頂蓋下保溫包所占體積以及熔融鹽罐容積裕量三部分。

熔融鹽罐中的熔融鹽溫度需始終在凝固點(diǎn)以上，使罐內(nèi)達(dá)到熔融鹽始終處于熔化狀態(tài)，因此要求熔融鹽罐的保溫效果一定要好，同時(shí)需要設(shè)置相應(yīng)的電伴熱系統(tǒng)，防止在低溫情況下熔融鹽凝結(jié)。

2 熔融鹽泵

槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電儲(chǔ)熱系統(tǒng)中低溫熔融鹽泵作用是在儲(chǔ)熱系統(tǒng)儲(chǔ)熱階段，將低溫熔融鹽從低溫熔融鹽罐中吸出，在熔融鹽——導(dǎo)熱油換熱器中與高溫導(dǎo)熱油(～393℃)進(jìn)行換熱，將低溫熔融鹽加熱至約385℃，并儲(chǔ)存在高溫熔融鹽罐中；高溫熔融鹽泵作用是在儲(chǔ)熱系統(tǒng)放熱階段，將高溫熔融鹽從高溫熔融鹽罐中吸出，在熔融鹽——導(dǎo)熱油換熱器中加熱低溫導(dǎo)熱油(～296℃)，高溫熔融鹽被冷卻至約292℃，并儲(chǔ)存在低溫熔融鹽罐中。目前使用較為廣泛的為立式泵，熔融鹽泵形式如圖6所示。

熔融鹽泵的選型主要決定兩方面的參數(shù)：流量和揚(yáng)程。在整個(gè)熔融鹽循環(huán)回路中，泵的揚(yáng)程主要取決于流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力和吸熱器高度引起的重力勢(shì)能；流量的選取則要根據(jù)儲(chǔ)熱系統(tǒng)在儲(chǔ)熱階段和放熱階段的熔融鹽設(shè)計(jì)流量及泵設(shè)置的臺(tái)數(shù)決定，同時(shí)考慮一定的容量裕度。

由于熔融鹽泵輸送介質(zhì)為混合熔融鹽，工作溫度在292℃～385℃，混合熔融鹽中所摻雜的雜質(zhì)對(duì)金屬有腐蝕性，因此對(duì)泵的材質(zhì)及密封系統(tǒng)有特殊要求。

3 熔融鹽——導(dǎo)熱油換熱器

熔融鹽——導(dǎo)熱油換熱器作為儲(chǔ)熱系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備，其應(yīng)具有高換熱效率、大換熱面積和結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。目前廣泛采用的熔融鹽——導(dǎo)熱油換熱器主要有板式和管殼式兩種形式，導(dǎo)熱油與熔融鹽采用不接觸式換熱。

因?yàn)橛糜趥鳠釋?dǎo)熱油和熔融鹽的溫度端差是有限的，而槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電熱力循環(huán)的效率又是一定的，因此在熱儲(chǔ)存系統(tǒng)中，循環(huán)介質(zhì)的流量較大，因此該換熱器應(yīng)具有較大的換熱面積和較高的換熱效率。

在熔融鹽側(cè)和油側(cè)進(jìn)口處應(yīng)設(shè)置濾網(wǎng)，確保不會(huì)讓固體雜質(zhì)流入換熱器流道。

4 儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)備布置形式

通常槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)熔融鹽儲(chǔ)罐，高溫熔融鹽儲(chǔ)罐運(yùn)行溫度約385℃，低溫熔融鹽儲(chǔ)罐運(yùn)行溫度約292℃。

設(shè)置若干臺(tái)高溫熔融鹽泵和低溫熔融鹽泵，高溫熔融鹽泵和低溫熔融鹽泵均采用立式泵型式，分別布置在高溫熔融鹽儲(chǔ)罐和低溫熔融鹽儲(chǔ)罐的罐頂。同時(shí)，高溫熔融鹽泵和低溫熔融鹽泵各至少設(shè)置1臺(tái)備用泵。

在兩儲(chǔ)罐間布置換熱器，并考慮采用換熱器架高布置方式，這是為了有效降低冷、熱熔融鹽泵的揚(yáng)程以及能夠在由于出現(xiàn)緊急故障工況泵停止工作時(shí)可以依靠重力作用將換熱器中的熔融鹽回流至熔融鹽儲(chǔ)罐內(nèi)。若采用換熱器低位布置方式，則需要設(shè)置相應(yīng)的疏鹽系統(tǒng)，在儲(chǔ)熱系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)將換熱器及管道內(nèi)的熔融鹽由疏鹽系統(tǒng)打回熔融鹽罐內(nèi)，以防止熔融鹽在管道或設(shè)備內(nèi)凝結(jié)。疏鹽系統(tǒng)需要相應(yīng)配置緊急電源。

五 儲(chǔ)熱系統(tǒng)運(yùn)行模式

當(dāng)太陽(yáng)集熱場(chǎng)的太陽(yáng)能熱產(chǎn)出超過(guò)設(shè)定需求，或者常規(guī)島汽輪機(jī)達(dá)到最大負(fù)荷時(shí)，這時(shí)開(kāi)始儲(chǔ)熱模式。來(lái)自太陽(yáng)集熱場(chǎng)的導(dǎo)熱流體(HTF)流向儲(chǔ)熱系統(tǒng)換熱器，熱能傳遞給來(lái)自低溫儲(chǔ)罐的熔融鹽。熔融鹽接受熱能后溫度提高，積累在高溫儲(chǔ)罐中。

在儲(chǔ)熱模式下，控制策略為監(jiān)控蒸汽發(fā)生器出口及汽輪機(jī)入口的主蒸汽參數(shù)(壓力、溫度)額定時(shí)，流量滿足汽輪機(jī)滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)，儲(chǔ)熱模式開(kāi)始運(yùn)行。

在太陽(yáng)輻射降低的情況下放熱模式時(shí)，儲(chǔ)熱過(guò)程將逆過(guò)程運(yùn)行，來(lái)自高溫儲(chǔ)罐的熔融鹽將被泵送至儲(chǔ)熱換熱器，在那里熔融鹽將熱能傳遞給冷的導(dǎo)熱油(HTF)，而冷卻的熔融鹽將再次返回低溫儲(chǔ)罐中。

在放熱模式下，控制策略為監(jiān)控蒸汽發(fā)生器出口及汽輪機(jī)入口的主蒸汽參數(shù)(壓力、溫度)額定時(shí)，流量一旦低于汽輪機(jī)滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)，放熱模式開(kāi)始運(yùn)行。當(dāng)放熱模式給出的熱量不足以滿發(fā)時(shí)，進(jìn)入汽輪機(jī)部分負(fù)荷發(fā)電，直到停機(jī)。

六 結(jié)論

目前，槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)在太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)中發(fā)展最為成熟，同時(shí)商業(yè)運(yùn)行電站也最多。儲(chǔ)熱技術(shù)作為槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中一種重要技術(shù)，對(duì)于增加電站上網(wǎng)電量、提高系統(tǒng)發(fā)電穩(wěn)定性和可靠性具有重要意義。根據(jù)各種熔融鹽的物性參數(shù)及成本比較，對(duì)于采用60% NaNO3和40% KNO3配比的混合鹽作為儲(chǔ)熱介質(zhì)的雙罐式熔融鹽間接儲(chǔ)熱形式是最有前途也是目前應(yīng)用最為廣泛的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)儲(chǔ)熱技術(shù)，并且已在西班牙Andasol槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電站中得到成功應(yīng)用。同時(shí)，在下一階段應(yīng)該結(jié)合我國(guó)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電實(shí)際工程和電網(wǎng)用電峰谷特點(diǎn)，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較提出最為合理和經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)熱容量及儲(chǔ)熱時(shí)間，為槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)儲(chǔ)熱技術(shù)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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