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以熔盐为传热和储热介质的槽式光热发电技术当前仍停留在工程师的设想蓝图里,其在全球范围内都尚无商业化应用的成功案例。对于这样一种新型的槽式技术,虽然其面临的问题和障碍还有很多,但只要有一个商业化项目获得成功,就很可能将带来槽式技术的全面更新换代。
熔盐槽式技术的演变
槽式技术是一种“万能”的聚光太阳能集热技术,当前最为成熟和应用最广泛的是以导热油为传热介质的槽式技术,其可以根据实际的终端需求生产200℃~400℃温度区间内的热源,以应用于工业供热、辅助石油萃取、发电等不同领域。以色列LUZ公司在最开始推广光热技术时就是将其作为太阳能工业用热的解决方案推向市场的,但其在以色列和美国都没有找到对应的市场,此后便开始转向热发电市场。
槽式光热电站的大规模应用源于建于美国加州的SEGS1项目,这是全球第一个大规模的商业化槽式电站,该电站的集热场导热油出口油温仅为307℃,此后,伴随槽式集热技术的不断发展,槽式电站的工作温度很快便提升至390℃。更高的工作温度意味着更高的电站效率,传统的槽式技术在达到390℃的最高温度后遇到了最大的一道屏障,由于其采用的传热介质联苯联苯醚导热油的工作温度上限为400℃,在不改变传热介质的前提下将难以实现更高的运行温度。
熔盐为槽式技术进一步提高电站效率打开了一扇窗。
目前常用的二元熔盐(60%硝酸钠+40%硝酸钾)在光热发电领域最先被作为一种成熟的储热介质加以利用,目前全球范围内建成的商业化带储热的光热电站绝大部分都采用了熔盐储热。
传统的槽式熔盐储热技术由于仍以导热油为传热介质,导热油390℃的油温上限限制了熔盐的储热温度,使熔盐储热温度不可能高于390℃,导致熔盐的储热性能难以充分发挥,对熔盐造成了极大浪费。相对工作温度在550℃的熔盐电站,同样的储热量,这种槽式电站的储热耗盐量是高温电站耗盐量的大约三倍。
塔式技术在此方面优势明显,熔盐作为传热介质已被成功地应用于塔式电站,SolarTwo是全球第一个采用熔盐传热的塔式电站,该电站于1995年在原SolarOne的基础上扩建而成,作为美国能源部设计的一个示范性的塔式电站,虽然其于1999年退役,到2009年被彻底拆除。但其依然为熔盐型塔式电站的建设积累了示范经验。到2011年,西班牙的Gemasolar塔式电站作为首个采用熔盐作传热储热介质的商业化光热电站开始投入运行,这成为熔盐型塔式技术发展的重要里程碑。
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