2021儲(chǔ)能技術(shù)在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)?

在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)?目錄TOC\o"1-1"\h\u100321.電技術(shù)的概述及其對(duì)儲(chǔ)能的需求 3163781.2.1.太陽能熱發(fā)電技術(shù)概述 37171.2.2.太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)分類及其儲(chǔ)能?式 4111841.2.3.太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)性能特點(diǎn)及其優(yōu)缺點(diǎn) 18210271.3.現(xiàn) 20235231.4.電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的未來應(yīng)?情景 49儲(chǔ)能是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中必不可少的組成部分。太陽能晝夜產(chǎn)?的間歇性及?候影響產(chǎn)?的波動(dòng)性，使得儲(chǔ)能成為太陽能熱發(fā)電技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須依靠?jī)?chǔ)存太陽能來維持系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)?。電技術(shù)的概述及其對(duì)儲(chǔ)能的需求太陽能熱發(fā)電技術(shù)概述太陽能熱發(fā)電是將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)?通過熱功轉(zhuǎn)換過程實(shí)現(xiàn)發(fā)電的技術(shù)。太陽能熱發(fā)電利?聚光集熱器把太陽能聚集起來，將某種?質(zhì)加熱到數(shù)百攝?度的?溫，然后經(jīng)過熱交換器產(chǎn)??溫?壓蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。從汽輪機(jī)出來的蒸汽，其壓?和溫度均??降低，經(jīng)過冷凝器凝結(jié)成液體后，被重新泵送回?zé)峤粨Q器，開始新的循環(huán)。由于整個(gè)系統(tǒng)的熱源來?于太陽能，因?被稱為太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。利?太陽能進(jìn)?熱發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程，?先是將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為集熱器內(nèi)傳熱介質(zhì)的熱能，然后將傳熱介質(zhì)熱能通過蒸汽發(fā)?器轉(zhuǎn)換為蒸汽熱能，最后將蒸汽熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，進(jìn)?將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。整個(gè)系統(tǒng)的效率也是由這三部分效率組成的，圖18-1為太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)組成。第?部分為太陽島（聚光集熱?系統(tǒng)），將太陽光?效聚集與轉(zhuǎn)換；第?部分為熱?島（傳熱蓄熱?系統(tǒng)），完成熱能的傳遞、儲(chǔ)存與交換；第三部分為常規(guī)島（動(dòng)??系統(tǒng)），與常規(guī)??發(fā)電朗肯循環(huán)過程?樣，將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能和電能。圖18-1 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)組成[1]1—反射鏡；2—集熱器；3—?溫熔鹽罐；4—低溫熔鹽罐；5—換熱器；6—汽輪機(jī)；7—凝汽器；8—發(fā)電機(jī)；9?11—泵太陽島內(nèi)完成太陽能輻射能的聚集，將太陽能輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，完成此過程主要包括聚光裝置（定?鏡場(chǎng)）、接收裝置（集熱器）和太陽跟蹤裝置等部件。不同的系統(tǒng)功率和不同的?作溫度有不同的聚光和接收裝置。熱?島內(nèi)傳熱介質(zhì)在太陽能輻射接收裝置內(nèi)吸收太陽?溫?zé)崮?溫度升?，多余的熱能儲(chǔ)存在儲(chǔ)熱罐內(nèi)，在蒸汽發(fā)?器內(nèi)釋放熱能后的傳熱介質(zhì)在溫度降低后儲(chǔ)存在低溫儲(chǔ)熱罐內(nèi)。低溫儲(chǔ)熱罐內(nèi)的傳熱介質(zhì)通過傳熱?質(zhì)泵被送?太陽能輻射接收裝置內(nèi)，完成?個(gè)循環(huán)。常規(guī)島內(nèi)完成熱能向電能的轉(zhuǎn)變，其過程與常規(guī)的熱?發(fā)電朗肯循環(huán)過程?樣。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)分類及其儲(chǔ)能?式按太陽能集熱?式不同，太陽能熱發(fā)系統(tǒng)主要分為槽式、塔式、碟式和線性菲涅爾四種。槽式聚光太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)槽式聚光太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)?槽形拋物?收集器將太陽能聚集到置于槽形收集器焦線上的集熱管上，此集熱管上涂有選擇性涂層，以保證對(duì)太陽輻射（在短波范圍）有最?吸收率和最?的紅外輻射（在?波范圍）熱損失。為減少熱損失，?前應(yīng)?較多的是真空集熱管。集熱管吸收聚焦后的太陽輻射能來加熱管內(nèi)流動(dòng)的流體（?次熱媒，通常為導(dǎo)熱油或者熔融鹽），熱流體經(jīng)過眾多槽式拋物?串并聯(lián)成聚光集熱器陣列，從?使其在集熱器的出?達(dá)到較?的集熱溫度，通過收集管進(jìn)?蒸汽發(fā)?器，產(chǎn)??溫蒸汽，驅(qū)動(dòng)透平做功?發(fā)電。每?個(gè)槽形拋物?聚光器由?度約為150m的?屬?架?撐的鏡?組成，如圖18-2所?，每?個(gè)鏡?由若?組?反射率的平?鏡組成。槽形拋物?聚光器鏡?開?寬度?般約為6m，?架同軸布置在傳動(dòng)軸上，以對(duì)太陽輻射進(jìn)??維跟蹤（設(shè)備軸線南北放置，然后東西旋轉(zhuǎn)跟蹤）。槽形拋物?聚光器的?何聚光??般在10?100，通常系統(tǒng)?作溫度多在400?500℃，因此槽式發(fā)電系統(tǒng)為中溫太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。圖18-2 槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)聚光器導(dǎo)熱油是拋物?槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中?泛采?的傳熱流體。拋物?槽式集熱器將收集到的太陽能轉(zhuǎn)化為熱能加熱吸熱管內(nèi)的導(dǎo)熱油，并通過導(dǎo)熱油/?蒸?發(fā)?器產(chǎn)??溫?壓的過熱蒸汽，送?汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電。汽輪機(jī)出?低溫低壓蒸汽經(jīng)過凝汽器冷凝后，返回導(dǎo)熱油/?蒸?發(fā)?器。經(jīng)過導(dǎo)熱油/?蒸?發(fā)?器放熱后的導(dǎo)熱油返回拋物?槽式聚光集熱器進(jìn)?加熱，形成封閉的導(dǎo)熱油循環(huán)回路。最初，礦物油被?作傳熱介質(zhì)，應(yīng)?于槽式太陽能熱發(fā)電中。?前，合成油，即導(dǎo)熱油（苯醚和?苯醚的共溶混合物），被成功應(yīng)?于太陽能?范電站。由于導(dǎo)熱油能夠承受的最?溫度為400℃，這就限制了蒸汽發(fā)?器的產(chǎn)?溫度，進(jìn)?步限制了太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的熱效率。?前，槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)也有利??取代價(jià)格?昂的導(dǎo)熱油，在集熱管中直接轉(zhuǎn)化為飽和或過飽和蒸汽（溫度可達(dá)400℃，壓?可達(dá)10MPa）的直接蒸汽發(fā)?技術(shù)。采??作為傳熱介質(zhì)，可以減少換熱環(huán)節(jié)的熱損失和提?集熱島出?參數(shù)，從?提?發(fā)電效率；另外，還能夠降低環(huán)境?險(xiǎn)、簡(jiǎn)化電站的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、減少投資和運(yùn)?成本。不過，采?直接蒸汽發(fā)?技術(shù)，集熱管內(nèi)易產(chǎn)?兩相層流現(xiàn)象，管體會(huì)由于壓?和溫度不均勻問題發(fā)?變形或造成玻璃管破裂；控制系統(tǒng)和連接部件設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜；并且，?溫?壓蒸汽?常難以實(shí)現(xiàn)?規(guī)模儲(chǔ)能。此外，國(guó)際上也有采?熔融鹽作為槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的吸熱傳熱?質(zhì)的?范系統(tǒng)，但是由于槽式系統(tǒng)聚光?的限制以及熔融鹽介質(zhì)本?的特性，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定地運(yùn)?仍?臨許多挑戰(zhàn)。在熱能儲(chǔ)存??，理論上同樣可以利?導(dǎo)熱油作為儲(chǔ)熱介質(zhì)，但導(dǎo)熱油價(jià)格太?，會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)熱成本過?，影響電站的經(jīng)濟(jì)性能。近年來，廉價(jià)的熔融硝酸鹽被?作儲(chǔ)熱介質(zhì)，?溫導(dǎo)熱油通過油/鹽換熱器將從太陽能集熱器獲得的?溫?zé)崃績(jī)?chǔ)存在熔鹽儲(chǔ)熱罐內(nèi)。?天，來?太陽能集熱器的?溫導(dǎo)熱油，?部分被泵送到太陽能過熱器，加熱?蒸?到過熱狀態(tài)進(jìn)?汽輪機(jī)發(fā)電；另?部分多余的?溫導(dǎo)熱油則通過油/鹽換熱器加熱低溫熔融鹽，然后將加熱后的?溫熔鹽送?到?溫儲(chǔ)熱罐中。晚上沒有太陽照射時(shí)，?溫儲(chǔ)熱罐中的熔鹽被抽出，通過油/鹽換熱器加熱導(dǎo)熱油??溫，?溫導(dǎo)熱油再進(jìn)?太陽能過熱器，加熱?蒸?為過熱狀態(tài)，推動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。?釋放熱量后低溫熔鹽則被儲(chǔ)存在低溫熔鹽罐中。圖18-3是?個(gè)典型的槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)原理圖。整個(gè)系統(tǒng)由部分組成：槽形拋物?聚光集熱器陣列（鏡場(chǎng)）、?低溫儲(chǔ)熱罐（熱罐和冷罐）、郎肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。郎肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)主要由熱交換裝置（換熱器2）、動(dòng)?發(fā)電裝置（透平）、冷凝器和泵組成。郎肯循環(huán)的?溫?zé)嵩磥?于鏡場(chǎng)的?溫?次熱媒（如導(dǎo)熱油），此?溫?次熱媒依次流經(jīng)換熱器2（過熱器、蒸發(fā)器和預(yù)熱器），將?加熱為過熱蒸汽，進(jìn)?透平發(fā)電，?透平出?乏汽則進(jìn)?冷凝器被冷凝為液態(tài)的?，完成?個(gè)循環(huán)。來?鏡場(chǎng)后多余的?溫?次熱媒，經(jīng)過?次與蓄熱介質(zhì)之間的換熱器1，將低溫蓄熱罐內(nèi)的低溫儲(chǔ)熱介質(zhì)（如鹽）升溫為?溫儲(chǔ)熱介質(zhì)，儲(chǔ)存在?溫?zé)峁迌?nèi)，降溫后的?次熱媒新進(jìn)?鏡場(chǎng)被加熱。晚上，?溫?zé)峁迌?nèi)的?溫儲(chǔ)熱介質(zhì)被抽出在換熱器1內(nèi)將?次熱媒加熱??溫，進(jìn)?郎肯循環(huán)系統(tǒng)發(fā)發(fā)電，?釋熱后的低溫蓄熱介質(zhì)被儲(chǔ)存在冷罐內(nèi)。如此周?復(fù)始，完成槽式太陽能熱發(fā)電過程[2，3]。圖18-3 槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)原理圖槽式技術(shù)是最早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的，也是?前在全球已經(jīng)投?商業(yè)化運(yùn)?中占?最?的太陽能熱發(fā)電技術(shù)類型。到?前為?，在已經(jīng)商業(yè)化運(yùn)?的4187.05MW的太陽能熱發(fā)電站中有43座機(jī)容量3673.5MW，占太陽能熱發(fā)電總裝機(jī)容量的87.7%。1984?1991年美國(guó)建造了9個(gè)槽式太陽能熱發(fā)電商業(yè)化電站，發(fā)電總?cè)萘繛?54MW。到2006年為?，該電站已成功運(yùn)??七年，已累計(jì)發(fā)電15TW·h，售電收?20億美元，回收全部投資后還獲利8億美元。2007年6?美國(guó)內(nèi)華達(dá)64MWsolarone槽式太陽能商業(yè)化電站并?發(fā)電。2005年12?美國(guó)亞利桑那州1000kW槽式有機(jī)朗肯循環(huán)太陽能電站并?發(fā)電。從2009年到2014年西班?陸續(xù)建成槽式太陽能熱發(fā)電26座，總裝機(jī)容量2122.5MW，2013年和2014年美國(guó)先后兩個(gè)280MW和1個(gè)250MW的槽式太陽能熱發(fā)電電站投?運(yùn)?。塔式聚光太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，也稱集中型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，主要由定?鏡陣列、中?接收塔、吸熱器、傳熱介質(zhì)、熱交換器、能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及汽輪發(fā)電機(jī)組等部分組成，如圖18-4所?。其基本?作原理是?定?鏡將陽光反射到位于中?接收塔上的吸熱器，再利?集熱裝置將太陽熱能轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存在傳熱介質(zhì)中，再利??溫介質(zhì)加熱?產(chǎn)??蒸?驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。按照傳熱?質(zhì)（heattransferfluid，HTF）的種類，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要有?/蒸汽、熔融鹽和空?等形式。?前已經(jīng)并?運(yùn)?的塔式電站有10個(gè)，總裝機(jī)容量467.9MW，占11.17%。圖18-4 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)圖?/蒸汽太陽能塔式熱發(fā)電系統(tǒng)?/蒸汽太陽能塔式熱發(fā)電系統(tǒng)以?/蒸汽作為傳熱?質(zhì)，?經(jīng)過吸熱器直接變成?溫?壓蒸汽，進(jìn)?汽輪發(fā)電機(jī)組，系統(tǒng)原理如圖5所?。?/蒸汽塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的傳熱和做功?質(zhì)?致，年均發(fā)電效率可達(dá)15%以上。?/蒸汽具有熱導(dǎo)率?、?毒、?腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。蒸汽傳熱能?差?且壓?特別?，要實(shí)現(xiàn)塔式吸熱器105?106W/m2?熱流密度的傳熱需要?常?的溫差，因此采??蒸?的塔式太陽能熱發(fā)電吸熱器出?的溫度只有250℃，影響塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)效率的提?。2007年和2009年，西班?的PlantaSolar10（PS10）和PlantaSolar20（PS20）塔式電站相繼投?運(yùn)營(yíng)。PS10電站是世界上第?個(gè)商業(yè)運(yùn)營(yíng)的塔式太陽能熱電站，發(fā)電介質(zhì)為?/?蒸?，吸熱器出?壓?為4.5MPa，出?溫度為300℃的飽和?蒸?。PS20裝機(jī)容量為20MW，吸熱器和蓄熱介質(zhì)為?/?蒸?，汽輪機(jī)采??冷?式，電站備??式為燃?補(bǔ)燃，?于啟動(dòng)和輻照不?時(shí)補(bǔ)燃?。2014年2?13?世界上最?的?/蒸汽塔式太陽能熱電站Ivanpah電站并?發(fā)電，該電站總裝機(jī)392MW，由三座裝機(jī)分別為133MW、133MW和126MW的電站構(gòu)成，位于拉斯維加斯以南四?英?（1英?=1609.344m），莫哈?沙漠的公共?地上，占地?積3500英畝（1英畝=4046.86m2）。2012年9?，浙江中控公司的10MW?蒸?塔式太陽能熱發(fā)電站正?并?運(yùn)?。圖18-5 ?/蒸汽太陽能塔式熱發(fā)電系統(tǒng)原理圖[4]熔鹽太陽能塔式熱發(fā)電系統(tǒng)圖18-6為熔鹽太陽能塔式熱發(fā)電系統(tǒng)原理圖，傳熱與蓄熱介為熔鹽。定?鏡聚光將太陽光反射到安裝于塔頂?shù)慕邮掌鳎a(chǎn)??溫?zé)崮?。低溫鹽罐內(nèi)的熔融鹽被泵送到塔頂接收器，吸收?溫太陽能后溫度升?，加熱后的熔鹽先存??溫儲(chǔ)存罐，然后送?蒸汽發(fā)?器加熱?產(chǎn)??溫?壓蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)乏汽經(jīng)凝汽器冷凝后返回蒸汽發(fā)?器循環(huán)使?。在蒸汽發(fā)?器中放出熱量的熔融鹽被送?低溫儲(chǔ)存罐，再送回吸熱器加熱。常?的硝酸鈉加硝酸鉀的混合熔融鹽沸點(diǎn)較?，可達(dá)620℃，可以實(shí)現(xiàn)熱能在電站中的常壓?溫傳輸，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)?參數(shù)運(yùn)?，傳熱和儲(chǔ)熱?質(zhì)?致，減?了中間換熱??損失，年均發(fā)電效率可達(dá)20%。GemaSolar電站是全球?座采?熔融鹽作為傳熱和儲(chǔ)熱介質(zhì)的商業(yè)化塔式電站，于年5?投?商業(yè)化運(yùn)?。電站占地185×106m2，容量19.9MW，包括2650臺(tái)定?鏡，每臺(tái)定?鏡的反射?積為120m2，太陽塔?150m。傳熱介質(zhì)為熔融鹽，吸熱器??溫度為290℃，出?溫度為565℃。儲(chǔ)熱形式為雙罐直接儲(chǔ)熱，介質(zhì)也是熔融鹽，經(jīng)冷鹽罐（290℃）中的冷鹽泵送到太陽塔頂?shù)奈鼰崞髦校訜岬?65℃后，回到熱鹽罐（565℃）儲(chǔ)存起來。儲(chǔ)熱容量為15h，容量因?為75。由于?時(shí)間的儲(chǔ)熱，GemaSolar電站在實(shí)際運(yùn)?中曾保持連續(xù)36天每天24h連續(xù)發(fā)電，這是其他可再?能源電站不曾實(shí)現(xiàn)的，其年滿負(fù)荷運(yùn)??時(shí)數(shù)約為6500h，是其他可再?能源電站的1.5倍；年發(fā)電量約1.1×108kW·h，可以滿?西班?安達(dá)魯西亞地區(qū)25000?家庭的?電需求，同時(shí)減少3×104t的?氧化碳排放。2014年2?，世界最?的熔鹽塔式太陽能熱發(fā)電站——新?沙丘光熱電站宣布完成建設(shè)，進(jìn)?最后的調(diào)試階段。該電站采?SolarReserve公司領(lǐng)先的熔鹽傳熱儲(chǔ)熱技術(shù)，配10h儲(chǔ)熱系統(tǒng)，預(yù)計(jì)商業(yè)化運(yùn)?后年發(fā)電量達(dá)50×104MW·h，?夠供應(yīng)75000?普通家庭的?常?電需求。與裝機(jī)容量相同的光伏電站或?儲(chǔ)熱型??質(zhì)光熱電站相?，年發(fā)電量約是其兩倍之多。圖18-6 熔鹽太陽能塔式熱發(fā)電系統(tǒng)原理圖[3]空?太陽能塔式熱發(fā)電系統(tǒng)空?太陽能塔式熱發(fā)電系統(tǒng)是以空?作為傳熱?質(zhì)，空?經(jīng)過吸熱器加熱后形成?溫?zé)峥?，進(jìn)?燃?輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)（圖18-7）?？?作為傳熱?質(zhì)，易于獲得，?作過程?相變，?作溫度可達(dá)1600℃，由于空?的熱容較?，空?吸熱器的?作溫度可?于1000℃，??提?燃?輪機(jī)進(jìn)?空?溫度，減少燃??量。圖18-7 空?太陽能塔式熱發(fā)電系統(tǒng)原理圖?般說來，塔式電站和槽式電站相?，除去聚光裝置外，其他?部分，從?作原理和裝置本?及各部件在整個(gè)電站系統(tǒng)中的作?，基本相同或相近。但塔式聚光系統(tǒng)屬于“點(diǎn)”聚光，系統(tǒng)聚光?較?，?般可達(dá)200?1000，當(dāng)塔式系統(tǒng)的聚光?為1000時(shí)，集熱器受光?中?溫度可達(dá)1200℃以上。通過光熱轉(zhuǎn)換產(chǎn)?蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電；有的直接加熱空?，產(chǎn)?的?溫空?推動(dòng)微型燃機(jī)發(fā)電，其效率也很?。采?塔式系統(tǒng)雖然聚光效率受余弦損失影響，但提?介質(zhì)溫度、增?單機(jī)容量??提?了單機(jī)效率，因?整體效率要?于槽式系統(tǒng)。圖18-8為典型的塔式電站系統(tǒng)定?鏡布置圖，它是太陽能熱中最基本的聚光單元體，其基本功能是保證隨時(shí)變化的?射太陽輻射準(zhǔn)確地反射到置于動(dòng)?塔頂?shù)慕邮掌魃?。?鏡的位置是固定的，所以每臺(tái)定?鏡的中?點(diǎn)與塔頂接收器之間的相對(duì)位置也是固定的，即鏡場(chǎng)中的每臺(tái)定?鏡對(duì)塔頂接收器的反射光路，各?固定不變，也就是定點(diǎn)跟蹤。?般說來，對(duì)于?個(gè)100MW級(jí)的塔式電站，單個(gè)定??積的最佳值應(yīng)該在100?200m2或更?，但實(shí)際上，鏡?是?個(gè)由?量平?反射鏡組合?成的陣列鏡群，如圖18-5所?。顯然，電站容量越?，則所需的反射鏡?數(shù)量也越多，鏡場(chǎng)尺?也就愈?。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)電容量為的塔式太陽能熱電站，所需的鏡場(chǎng)?積約為2.13km2。圖18-8 太陽能塔式定?鏡碟式聚光太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)?雙軸跟蹤的碟形拋物?聚光器將陽光聚焦到置于碟的焦點(diǎn)上的接收器。接收器吸收太陽輻射并加熱循環(huán)流體，然后通過斯特林循環(huán)或者布雷頓循環(huán)發(fā)電。驅(qū)動(dòng)與接收器直接相連的發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)（斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)）發(fā)電。系統(tǒng)主要由聚光器、吸熱器、斯特林或布雷頓熱機(jī)和發(fā)電機(jī)等組成，如圖18-9所?。碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)通過驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)碟式聚光器像向?葵?樣雙軸?動(dòng)跟蹤太陽。碟式聚光器的焦點(diǎn)隨著碟式聚光器?起運(yùn)動(dòng)，沒有余弦損失，光學(xué)效率可以達(dá)到90%。通常碟式聚光器的光學(xué)聚光?可以達(dá)到600?3000，吸熱器?作溫度可以達(dá)到800℃以上，系統(tǒng)峰值光-電轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到31.25%。相?于其他兩種熱發(fā)電系統(tǒng)，碟式太陽能熱發(fā)電技術(shù)具有最?的能量轉(zhuǎn)換效率（31.25%），具有巨?的發(fā)展?jié)?。圖18-9 碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)部件構(gòu)成圖由于每套碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)都可以單獨(dú)發(fā)電，所以這種技術(shù)既可以?作分布式發(fā)電，?可以進(jìn)?集中式發(fā)電。?前，碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)在德國(guó)、美國(guó)、?本等國(guó)都有?范電站，?且運(yùn)?良好，具有7萬多?時(shí)的連續(xù)成功運(yùn)?經(jīng)驗(yàn)。2010年1?，全球第?座投?商業(yè)化運(yùn)?的碟式斯特林熱發(fā)電站Maricopa電站宣布并?發(fā)電，該電站位于美國(guó)亞利桑那州，總裝機(jī)容量為1.5MW，由60臺(tái)單機(jī)容量為25kW的碟式斯特林太陽能熱發(fā)電裝置組成。碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)能夠與遠(yuǎn)離電?的傳統(tǒng)分散發(fā)電?式相競(jìng)爭(zhēng)。?前在德國(guó)、西班?、美國(guó)、澳?利亞均有碟式太陽能熱發(fā)電的?范，但容量很?，單機(jī)容量可能只有?百千?。2012年7?底，?連宏海新能源發(fā)展有限公司與瑞典Cleanergy公司合作完成的華原集團(tuán)100kW碟式太陽能光熱?范電?在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市成功安裝，并完成了聯(lián)合調(diào)試，進(jìn)?試運(yùn)?階段。此?范電?位于鄂爾多斯市烏審旗烏蘭陶勒蓋，占地?積約5000m2。電?共由10臺(tái)10kW碟式太陽能斯特林光熱發(fā)電系統(tǒng)組成，總?cè)萘繛?00kW，預(yù)計(jì)年發(fā)電量2×105?2.5×105kW·h。線性菲涅爾太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)線性菲涅爾反射鏡（LFR）技術(shù)在1993年由悉尼?學(xué)發(fā)明。它與槽式太陽能系統(tǒng)相類似，利?典型的線性Fresnel條形鏡?陣列（圖18-10）將太陽光聚集到固定的直線形接收器（圖18-11）上，加熱吸熱器內(nèi)部的?產(chǎn)?蒸汽，然后驅(qū)動(dòng)蒸汽透平進(jìn)?發(fā)電。線性菲涅爾太陽能熱發(fā)電的原理如圖18-12所?。緊湊型線性菲涅爾CLFR是未來下?代線性Fresnel系統(tǒng)，它克服了傳統(tǒng)?案由于鏡?陰影造成的系統(tǒng)性能下降的缺點(diǎn)。在多個(gè)接收器范圍內(nèi)，每個(gè)獨(dú)?的鏡?反射器可以將反射的太陽光引導(dǎo)到?少兩個(gè)其他接收器上，這樣就可陣列密集地排列鏡?，?不?擔(dān)?其會(huì)產(chǎn)?陰影和阻礙陽光。緊湊式系統(tǒng)的接收器管道可以布置的更低。由于其使?的是近平?反射器、容易清潔，且單端真空管道可以在不破壞熱交換過程的前提下進(jìn)?，故其故障率?其他類型太陽能聚集?式要低。圖18-10 線性Fresnel條形鏡?陣列圖18-11 固定式線性菲涅爾直線形接收器[5]圖18-12 線性菲涅爾熱發(fā)電系統(tǒng)原理圖[3]?前已經(jīng)并?運(yùn)?的線性菲涅爾電站有5座機(jī)容量45.65MW，占1.09%。美國(guó)成?的Ausra公司主要負(fù)責(zé)線性菲涅爾太陽能熱發(fā)電的建設(shè)，已在澳?利亞建?了第?個(gè)1300m21MW蒸汽產(chǎn)??程，產(chǎn)?295℃的飽和蒸汽，并于2008年在美國(guó)加州建成了?個(gè)5MW線性菲涅爾熱發(fā)電系統(tǒng)，已簽訂了17.7萬千?的電站合同。2012年在西班?建?了?個(gè)31.4MW的商業(yè)化運(yùn)?的線性菲涅爾太陽能熱發(fā)電站。該電站占地?積70hm2（1hm2=10000m2），線性菲涅爾聚光?積30.2萬m2，傳熱介質(zhì)為?，集熱器進(jìn)?溫度140℃，出?溫度270℃，運(yùn)?壓?55bar，儲(chǔ)熱?式為單罐斜溫層。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)性能特點(diǎn)及其優(yōu)缺點(diǎn)四種太陽能熱發(fā)電技術(shù)都有其??的特點(diǎn)，如表18-1所?，實(shí)際過程中應(yīng)該選取什么形式的電站，由電站的建設(shè)功率、建設(shè)成本等因素綜合決定。表18-1 四種太陽能熱發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)及性能?較表18-2為四種太陽能熱發(fā)電站的優(yōu)缺點(diǎn)?較。在四種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中，槽式、塔式、碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)均已進(jìn)?商業(yè)化階段，線性菲涅爾式仍處于?范階段，但其商業(yè)化前景較好。上述四種類型系統(tǒng)既可以單純應(yīng)?于太陽能熱發(fā)電站運(yùn)?，?可以與常規(guī)燃料聯(lián)合運(yùn)?形成混合發(fā)電系統(tǒng)。表18-2 四種太陽能熱發(fā)電電站優(yōu)缺點(diǎn)?較現(xiàn)狀由于晝夜交替以及?候變化，?天中太陽輻射強(qiáng)度總是隨時(shí)間發(fā)?波動(dòng)，太陽能的獲取總是間歇?不連續(xù)的。為了解決太陽能的間歇性的問題，儲(chǔ)能是太陽能熱發(fā)電中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。以塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)為例，增裝儲(chǔ)熱裝置后的太陽能年利?率可由原來的25%提?到65%，?且?須燃料作為后備能源。由于太陽能熱發(fā)電能和低成本?規(guī)模?溫蓄熱技術(shù)相結(jié)合，因此可提供連續(xù)穩(wěn)定、連續(xù)可調(diào)的?品質(zhì)電能，這是太陽能熱發(fā)電與??光伏等其他可再?能源發(fā)電相?的最?優(yōu)勢(shì)。太陽能?溫?zé)岚l(fā)電蓄熱技術(shù)主要包括顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和混合蓄熱三種?式。顯熱蓄熱介質(zhì)主要包括導(dǎo)熱油、熔融鹽、?蒸?、混凝?、陶瓷等；?潛熱蓄熱介質(zhì)則包括熔融鹽和?機(jī)復(fù)合相變材料；混合蓄熱則是將相變蓄熱和顯熱蓄熱相結(jié)合的?種蓄熱?式[6]。具體的蓄熱技術(shù)如圖18-13所?。圖18-13 太陽能熱發(fā)電?溫蓄熱技術(shù)種類圖18-14給出了各種蓄熱技術(shù)的使?時(shí)間和單系統(tǒng)蓄熱容量。從圖中可以看出，熔鹽蓄熱系統(tǒng)從90年代到現(xiàn)在?直在持續(xù)使?，?且在?種蓄熱技術(shù)中是蓄熱容量最?的。因此就?前技術(shù)?平，熔鹽蓄熱是太陽能熱發(fā)電?溫蓄熱最現(xiàn)實(shí)的技術(shù)途徑。圖18-14 各種蓄熱技術(shù)的開始使?時(shí)間及規(guī)模[4]熔鹽顯熱蓄熱熔鹽的特征和種類所謂熔鹽就是?機(jī)鹽在?溫下熔化形成的液態(tài)鹽，最常?的熔鹽包括硝酸鹽、氯化鹽、氟化鹽和碳酸鹽和混合熔鹽等。熔融鹽是?不含?的?溫液體，其主要特征是熔化時(shí)解離為離?，正負(fù)離?靠庫侖?相互作?，所以可?作?溫下的傳熱蓄熱介質(zhì)。熔鹽作為?溫?zé)嵝顭峤橘|(zhì)的優(yōu)點(diǎn)主要包括：①液體溫度范圍寬。如?元混合硝酸鹽，其液體溫度范圍為240?565℃，本課題組研發(fā)的低熔點(diǎn)混合熔鹽，其液體溫度范圍擴(kuò)?到了90?600℃，三元混合碳酸熔鹽其度范圍是450?850℃。②低的飽和蒸?壓。熔融鹽具有較低的飽和蒸?壓，特別是混合熔融鹽，飽和蒸?壓更低，接近常壓，保證了?下熔融鹽設(shè)備的安全性。③密度?。液態(tài)熔鹽的密度?般是?的兩倍。④較低的黏度。熔融鹽的黏度隨溫度變化顯著，在?溫區(qū)熔融的黏度甚?低于室溫的?的黏度，流動(dòng)性?常優(yōu)良。⑤具有化學(xué)穩(wěn)性。熔融鹽在使?溫區(qū)內(nèi)表現(xiàn)出的化學(xué)性質(zhì)?常穩(wěn)定。⑥價(jià)格低。?溫導(dǎo)熱油價(jià)格是30000?50000元/t，常?混合熔鹽的價(jià)格?般?于10000元/t。熔鹽顯熱蓄熱技術(shù)原理熔融鹽顯熱蓄熱系統(tǒng)?般由熱鹽罐、冷鹽罐、泵和換熱器組成。圖18-15給出了熔融鹽顯熱蓄熱的原理。當(dāng)蓄熱時(shí)冷鹽罐中的低溫熔（292℃）被抽出進(jìn)?熔鹽換熱器，從集熱器出來的?溫流體也進(jìn)?鹽換熱器加熱低溫熔鹽變成?溫熔鹽放?熱鹽罐儲(chǔ)存起來。當(dāng)熱時(shí)熱鹽罐中的熔鹽被抽出經(jīng)過熔鹽換熱器加熱低溫流體，使低溫流體變?yōu)?溫流體，?溫流體進(jìn)??熱設(shè)備，維持?熱設(shè)備的正常?。?溫熔鹽在熔鹽換熱器中放熱后變?yōu)榈蜏厝埯}進(jìn)?冷鹽罐中。圖18-15 熔融鹽顯熱蓄熱系統(tǒng)組成圖[3]關(guān)鍵技術(shù)及研發(fā)現(xiàn)狀熔融鹽蓄熱的主要關(guān)鍵技術(shù)可分為熔融鹽?質(zhì)關(guān)鍵屬性的把握和熔融鹽蓄熱系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。熔融鹽蓄熱?質(zhì)①中?溫混合熔融鹽的配制。單?組分的熔鹽熔點(diǎn)較?，熱穩(wěn)定性較差，?法滿?各領(lǐng)域?qū)?溫傳熱蓄熱的要求，因此，?們常常將不同的鹽混合形成混合熔融鹽。其中，可形成共晶的混合物將擁有低的熔點(diǎn)和較?的分解溫度。?前，國(guó)內(nèi)外對(duì)混合熔鹽的配制主要采?同類酸根離?鹽之間的混合，如將常?的硝酸鹽、碳酸鹽、等按照不同組分，不同?例混合，以尋求滿?實(shí)驗(yàn)要求的混合熔鹽盡管有眾多的學(xué)者在熔融鹽的配制??做了?量?作，但是迄針對(duì)配制新型共晶混合熔融鹽還沒有統(tǒng)?的理論指導(dǎo)。掌握合適?溫混合熔融鹽的配制?法，獲得更加優(yōu)良的熔融鹽?質(zhì)是熔鹽顯熱蓄熱的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。?前世界上商業(yè)化運(yùn)?的太陽能熱發(fā)電電站?規(guī)模使?的熔鹽主要是?元硝酸鹽[60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaNO3+40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）KNO3]。該混合熔鹽的熔點(diǎn)為220℃，最?使?溫度為565℃，存在熔點(diǎn)?系統(tǒng)凍堵?險(xiǎn)?和防凍堵代價(jià)?的缺點(diǎn)，最?使?溫度還不能滿?先進(jìn)?參數(shù)太陽能熱發(fā)電的需求。因此?前熔鹽研究的國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)是通過添加劑，降低熔鹽的熔點(diǎn)，提?熔鹽的最?使?溫度。如SandiaNationalLaboratories開發(fā)了?種新型混合硝酸鹽，其熔點(diǎn)降到了100℃以下。Raade等開發(fā)出了熔點(diǎn)為65℃，最?使?溫度500℃的新型五元混合硝酸鹽[7]。國(guó)內(nèi)北京?業(yè)?學(xué)?重芳、吳?庭教授的團(tuán)隊(duì)配制了130多種混合熔鹽配?，特別是配制出了熔鹽熔點(diǎn)在100℃左右的低熔點(diǎn)熔鹽，其使?溫度最?可達(dá)600℃以上[8]。中??學(xué)和華南理??學(xué)等課題組通過在三元硝酸鹽基礎(chǔ)上添加多種添加劑顯著提?了三元硝酸熔鹽的最?使?溫度。②混合熔鹽的熱物性研究。熔鹽熱物性是熔鹽顯熱蓄熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是配制和篩選性能優(yōu)良傳熱蓄熱熔鹽配?的主要依據(jù)。研究者們已對(duì)?、空?、制冷劑、有機(jī)?質(zhì)等低溫?質(zhì)及其熱物性進(jìn)?了?量的研究，得到了相應(yīng)的熱物性數(shù)據(jù)庫及預(yù)測(cè)計(jì)算?法，但對(duì)?溫液體傳熱?質(zhì)尤其是熔鹽的熱物性研究較少，缺乏?溫混合熔鹽的熱物性數(shù)據(jù)庫和計(jì)算?法。因此進(jìn)?混合熔鹽?溫?zé)嵛镄詤?shù)的準(zhǔn)確測(cè)量，獲得混合熔鹽的熱物性推算?法是熔鹽顯熱蓄熱的??關(guān)鍵研究?jī)?nèi)容。國(guó)際上，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室對(duì)各種熔鹽的理化特性以及與結(jié)構(gòu)材料的相容性進(jìn)?了深?研究910，數(shù)個(gè)?本與美國(guó)公司及美國(guó)威斯康星?學(xué)對(duì)包括LiF-NaF-KF、LiF-BeF2、KCl-MgCl2在內(nèi)的?種熔鹽的理化特性進(jìn)?了深?研究，Marianowski等對(duì)相變溫度?于450℃的熔鹽熱物性進(jìn)?了研究。Venkatesetty等測(cè)定了相變溫度范圍為220?290℃的?機(jī)共晶鹽的熱物性，Kamimoto等對(duì)LiNO3、NaNO2熔鹽的熱物性進(jìn)?了精確的測(cè)定，Takahashi等對(duì)LiNO3、NaNO3和KNO3的?熱和潛熱進(jìn)?了測(cè)量，給出了?熱的多項(xiàng)式擬合?程，Tufeu等對(duì)NaNO3、KNO3、NaNO2的純凈物和混合物的熱導(dǎo)率進(jìn)?了測(cè)量，Araki等對(duì)碳酸熔鹽的導(dǎo)熱性能進(jìn)?了研究，Nagasaka等對(duì)堿?屬氯化物熔鹽的導(dǎo)熱性能進(jìn)?了研究，得出了熔鹽熱導(dǎo)率與溫回歸?程。北京?業(yè)?學(xué)?重芳、吳?庭團(tuán)隊(duì)測(cè)定了100多種混合熔的?熱、密度、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)（分解溫度）熔化潛熱等熱物性數(shù)?了熔鹽組分和溫度對(duì)混合熔鹽熱物性的影響機(jī)理，并獲得了這性參數(shù)與溫度的試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式；將形狀因?對(duì)應(yīng)態(tài)原理引?到熔融鹽的熱物性推算之中，通過參考流體的確定和保形參數(shù)的計(jì)算，建了完整的熔融?化鹽黏度推算模型。并利?模型對(duì)七種熔融?化鹽?了較寬溫度范圍內(nèi)的黏度估算，取得了滿意結(jié)果；建?了加權(quán)平均混合熔鹽密度計(jì)算?法，利?此?法對(duì)混合碳酸鹽和低熔點(diǎn)熔鹽的密度進(jìn)?了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果具有?致性，驗(yàn)證了此種計(jì)算?法的可靠性[11，12]。③混合熔融鹽流動(dòng)與傳熱性能。熔鹽的流動(dòng)與傳熱特性，直接關(guān)系到熔融鹽蓄熱循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與布置，?熔鹽的熱物性決定熔鹽的流動(dòng)與傳熱特性，最終會(huì)影響蓄熱系統(tǒng)的效率，因此掌握熔融鹽的流動(dòng)與傳熱性能也是熔融鹽蓄熱的關(guān)鍵技術(shù)之?。1940年，Kirst、Nagle和Caster?先報(bào)道了三元混合硝酸鹽管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)的測(cè)試結(jié)果。從1950年?1974年，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室通過試驗(yàn)測(cè)定了混合硝酸鹽、混合氟化鹽的電加熱管道內(nèi)的對(duì)流換熱系數(shù)，并與Colburn?程進(jìn)?了對(duì)?。美國(guó)劉易斯推進(jìn)研究中?也對(duì)三元氟化鹽的電加熱管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)進(jìn)?了分析和研究。北京?業(yè)?學(xué)?重芳、吳?庭等分別以硝酸鋰和混合硝酸鹽為?質(zhì)，實(shí)驗(yàn)得到了不同?況下光滑管的對(duì)流換熱系數(shù)和流動(dòng)阻?系數(shù)[1314]；綜合美國(guó)和我們的五種熔鹽實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到了充分發(fā)展紊流和過渡流混合硝酸鹽換熱通??量綱準(zhǔn)則?程式，并在國(guó)際上?次將?溫熔鹽的試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照各種管內(nèi)受迫對(duì)流經(jīng)典試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式（如Dittus-Boelter、、Hausen和Gnielinski?程等）形式整理，驗(yàn)證了經(jīng)典關(guān)聯(lián)式對(duì)?溫熔鹽傳熱的適?性[15]。該研究結(jié)果于2010年3?和9?分別被美國(guó)愛達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（IdahoNationalLaboratory）發(fā)表的兩篇內(nèi)部報(bào)告1617《液態(tài)熔鹽熱物理和熱化學(xué)特性的?程數(shù)據(jù)庫》和《熔融鹽強(qiáng)迫對(duì)流換熱試驗(yàn)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)》所引?。兩篇科技報(bào)告中北京?業(yè)?學(xué)的研究成果被?幅引?，兩篇報(bào)告中薦的6個(gè)熔鹽對(duì)流換熱的試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式和6張熔鹽對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖均來?本課題組的研究成果18]。該團(tuán)隊(duì)還測(cè)得了微細(xì)?屬絲表?熔鹽?然對(duì)流換熱系數(shù)，并與經(jīng)典?然對(duì)流換熱關(guān)聯(lián)式進(jìn)?了?較。時(shí)開展了?均勻加熱情況下熔鹽混合對(duì)流傳熱的數(shù)值模擬，搭建了鹽混合對(duì)流傳熱試驗(yàn)臺(tái)，獲得了混合熔鹽混合對(duì)流傳熱的初步試據(jù)。該團(tuán)隊(duì)還通過試驗(yàn)測(cè)定了三種參數(shù)橫紋管管內(nèi)混合熔鹽對(duì)系數(shù)和流動(dòng)阻?系數(shù)，擬合得到了橫紋管內(nèi)換熱和阻?的通??量準(zhǔn)則關(guān)系式，并對(duì)橫紋管的強(qiáng)化傳熱效果進(jìn)?了評(píng)價(jià)。東莞理??學(xué)楊曉西教授和中??學(xué)丁靜教授等課題組分析研究了?溫熔融鹽強(qiáng)傳熱管傳熱與流動(dòng)特性，得到了管結(jié)構(gòu)參數(shù)、管內(nèi)雷諾數(shù)Re和熔鹽Pr數(shù)對(duì)螺旋槽管和橫紋管管內(nèi)強(qiáng)化傳熱效果的影響19。熔融鹽蓄熱設(shè)備①?溫熔鹽泵。?溫熔鹽泵為熔融鹽循環(huán)提供動(dòng)?，是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中唯?的運(yùn)動(dòng)部件和最核?的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，熔鹽泵的質(zhì)量直接關(guān)系到整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)?作的穩(wěn)定和安全?？紤]到?溫熔融鹽?質(zhì)的特殊性，熔鹽泵的選擇除了需要考慮常規(guī)泵的流量和量程外，對(duì)過流部件的耐?溫防腐蝕以及熔鹽泵電機(jī)的布置和泵軸的冷卻都需要特別設(shè)計(jì)。?溫熔鹽泵技術(shù)也是整個(gè)熔融鹽蓄熱系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之?。鹽換熱器。根據(jù)蓄熱熱源的?質(zhì)、溫度、熱量等不同，需要設(shè)計(jì)熔融鹽-?、熔融鹽-導(dǎo)熱油、熔融鹽-?蒸?、熔融鹽-空?等多種不同?質(zhì)和不同形式的換熱器，根據(jù)熔融鹽的流動(dòng)和傳熱特性，設(shè)計(jì)相應(yīng)的熔融鹽換熱器設(shè)備也是熔融鹽蓄熱系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之?。③熔融鹽蓄熱罐。蓄熱罐的質(zhì)量直接影響整個(gè)熔融鹽蓄熱系統(tǒng)的效率，設(shè)計(jì)可靠、安全、?效的熔融鹽蓄熱罐也是熔融鹽蓄熱系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之?。④熔融鹽回路和預(yù)熱。有效地布置熔融鹽蓄熱系統(tǒng)的回路，合理安排各管段的預(yù)熱功率和預(yù)熱溫度，防?熔融鹽在管路中凝固也是熔融鹽蓄熱系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之?。在太陽能熱發(fā)電中的應(yīng)?熔鹽顯熱蓄熱已在21座商業(yè)化運(yùn)?的太陽能熱發(fā)電站（總裝機(jī)容量達(dá)到1200MW）上成功應(yīng)?，另外，在建的太陽能熱發(fā)電站中有?半采??規(guī)模熔鹽顯熱蓄熱技術(shù)。具體地講，熔鹽蓄熱在太陽能熱發(fā)電中的應(yīng)?主要有以下四種?式：槽式導(dǎo)熱油傳熱+熔鹽雙罐蓄熱圖18-16是槽式聚光導(dǎo)熱油傳熱+熔鹽雙罐蓄熱系統(tǒng)流程。其基本原理是?天太陽充?時(shí)（如上午10：00到下午3：00），從槽式集出來的?溫導(dǎo)熱油?部分直接進(jìn)?蒸汽發(fā)?器加熱?產(chǎn)?蒸汽發(fā)電另?部分?溫導(dǎo)熱油進(jìn)?熔鹽換熱器加熱從冷鹽罐出來的低溫熔鹽低溫熔鹽經(jīng)加熱變成?溫熔鹽后放?熱鹽罐蓄存起來。晚上沒有太陽時(shí)，槽式聚光集熱器停??作。從蒸汽發(fā)?器出來的低溫導(dǎo)熱油直接進(jìn)?熔鹽換熱器被熱鹽罐抽出的?溫熔鹽加熱變成?溫導(dǎo)熱油進(jìn)?蒸汽發(fā)?器產(chǎn)?蒸汽發(fā)電。?溫熔鹽放熱后變?yōu)榈蜏厝埯}進(jìn)?冷鹽罐儲(chǔ)存起來以便?天蓄熱時(shí)使?。圖18-16 槽式太陽能熱電站導(dǎo)熱油傳熱+熔鹽雙罐蓄熱系統(tǒng)流程2008年世界第?座?規(guī)模采?熔融鹽蓄熱的太陽能熱電站Andasol-1電站（?圖18-17）建成并投?了商業(yè)化運(yùn)?。此電站位于西班?南部的Granada地區(qū)，裝機(jī)容量50MW，電站采?了28500t60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）硝酸鈉和40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）硝酸鉀組成的混合熔鹽蓄熱?質(zhì)，電站設(shè)有兩個(gè)?低溫熔鹽罐，熔鹽罐直徑36m，?14m。蓄熱罐儲(chǔ)存的熔鹽能夠滿?該電站7.5h的蓄熱。該電站如?蓄熱，年運(yùn)?時(shí)為2000h，發(fā)電量為100GW·h；增加蓄熱后，年運(yùn)??時(shí)數(shù)增加到了3600h，發(fā)電量增加到180GW·h。圖18-17 Andasol電站熔鹽蓄熱罐及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖截?到2015年2?，全世界已經(jīng)建成13座采?導(dǎo)熱油傳熱+雙罐熔鹽顯熱蓄熱的槽式太陽能熱電站，總裝機(jī)容量達(dá)到了1279MW，電站清單如表18-3所?。表18-3 導(dǎo)熱油傳熱+雙罐熔鹽蓄熱槽式太陽能熱發(fā)電站槽式熔鹽傳熱蓄熱雙罐顯熱蓄熱系統(tǒng)圖18-18給出了槽式太陽能熱電站槽式熔鹽傳熱蓄熱雙罐蓄熱系統(tǒng)。該種蓄熱系統(tǒng)與第?種蓄熱系統(tǒng)的主要區(qū)別是槽式太陽能熱發(fā)電中的傳熱?質(zhì)和蓄熱?質(zhì)均采?熔鹽，省去了導(dǎo)熱油-熔鹽換熱器，?鹽-?/蒸汽換熱器代替了導(dǎo)熱油-?/蒸汽換熱器，因此可將蒸汽的溫度由采?導(dǎo)熱油的390℃提?到采?鹽的500℃以上，可顯著提?整個(gè)太陽能熱發(fā)電電站的光-熱-電轉(zhuǎn)換效率。另???，與導(dǎo)熱油傳熱雙罐蓄熱相?，熱鹽罐溫度可由原來的390℃提?到550℃以上，?冷鹽罐的溫度還可維持原來的290℃，也就是說冷熱鹽的溫差由原來的100℃提?到現(xiàn)在的260℃，因?yàn)樵?熱不變的情況下，單位質(zhì)量蓄熱介質(zhì)的蓄熱量只跟溫差成正?，因此與導(dǎo)熱油傳熱+雙罐熔鹽顯熱蓄熱系統(tǒng)相?，同樣容量、同樣蓄熱?時(shí)數(shù)的槽式太陽能電站，其蓄熱介質(zhì)的?量可降低為5/13，從?可將蓄熱系統(tǒng)的成本降低40%以上。圖18-18 槽式太陽能熱電站熔鹽傳熱蓄熱雙罐蓄熱系統(tǒng)該種蓄熱系統(tǒng)的基本?作原理是從上午10點(diǎn)到下午3點(diǎn)，電站處于蓄熱+發(fā)電運(yùn)?模式，在該模式下，槽式聚光器聚集太陽能加熱從冷鹽罐出來進(jìn)?集熱器的低溫熔鹽，從集熱器出來的?溫熔鹽進(jìn)?熱鹽罐，同時(shí)熱鹽罐中的熔鹽泵將熱鹽罐中的部分?溫熔鹽進(jìn)?預(yù)熱器、蒸發(fā)器和過熱器熱?產(chǎn)??蒸?，從?驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。從?/蒸汽-鹽換熱器中出來的低溫熔鹽進(jìn)?冷鹽罐。在蓄熱+發(fā)電模式下，冷鹽罐中熔鹽在冷鹽罐-集熱器-熱鹽罐中的流量必須?于熱鹽罐-預(yù)熱/蒸發(fā)/過熱器-冷鹽罐的流量，才能實(shí)現(xiàn)熱量的蓄存。在晚上直接將熱鹽罐中蓄存的?溫熔鹽抽?預(yù)熱/蒸發(fā)/過熱器中加熱?變成?溫蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。該種蓄熱系統(tǒng)的主要問題是熔鹽凝固點(diǎn)?，在槽式集熱管中有凍堵?險(xiǎn)。該種蓄熱?式作為?種先進(jìn)蓄熱?式已引起歐美的關(guān)注。2003年意?利建成了太陽能槽式集熱器熔鹽循環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)熔鹽罐有熔鹽9500kg，最?傳熱功率500kW，集熱器中熔鹽出?溫度達(dá)550℃。該系統(tǒng)2003年12?開始將熔鹽熔化，2004年開始運(yùn)?，經(jīng)歷了200個(gè)充排鹽循環(huán)。2010年7?，意?利建成了世界上第?個(gè)采?熔鹽作為傳熱、蓄熱的太陽能熱發(fā)電站Archimede，裝機(jī)容量為5MW，熔鹽量為1000t左右。塔式太陽能熱電站熔鹽傳熱蓄熱雙罐蓄熱系統(tǒng)圖18-19是塔式太陽能熱電站熔鹽傳熱+雙罐熔鹽顯熱蓄熱系統(tǒng)原理圖。該種蓄熱系統(tǒng)與第?種熔鹽傳熱+雙罐熔鹽顯熱蓄熱系統(tǒng)的?作原理類似。只是吸熱器結(jié)構(gòu)形式不同，槽式系統(tǒng)采?的是真空管式吸熱器，?塔式電站?般采?外露式圓柱形排管吸熱器。該種蓄熱系統(tǒng)?先在美國(guó)Solar塔式10MW試驗(yàn)電站中得到了成功應(yīng)?。Solar塔式試驗(yàn)電站蓄熱系統(tǒng)從1996年?直運(yùn)?到1999年結(jié)束，?直未出現(xiàn)?的操作問題，取得了?常滿意的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了熔鹽作為塔式電站?規(guī)模傳熱蓄熱介質(zhì)的可?性和優(yōu)越性。圖18-19 塔式太陽能熱電站熔鹽傳熱蓄熱雙罐蓄熱系統(tǒng)[4]2011年9?底，西班?Gemasolar電站成功進(jìn)?商業(yè)運(yùn)?和并?發(fā)電，該電站裝機(jī)容量為19.9MW，使?了8500t熔鹽作為傳熱蓄熱?質(zhì)，能夠滿?15h的蓄熱需求，在2012年6?底成功實(shí)現(xiàn)了24h的連續(xù)發(fā)電。美國(guó)SolarReserve公司正在內(nèi)華達(dá)建設(shè)CrescentDunes塔式太陽能熱電站，該電站也采?了熔鹽傳熱-雙罐熔鹽顯夠滿?電站10h的要求，該電站已在2016年2?并?發(fā)電。熔融鹽蓄熱在碟式太陽能熱電站中的應(yīng)?雖然熔融鹽蓄熱系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)?在商業(yè)運(yùn)?的槽式和塔式太陽能熱電站并獲得了很?的成功，但是?今沒有實(shí)現(xiàn)在碟式太陽能熱電站系統(tǒng)上的應(yīng)?。2010年，澳?利亞Power宣布他們將在澳?利亞南部的Whyalla安裝4個(gè)碟式太陽能熱發(fā)電?范系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)的反射鏡?積為500m2，他們將為這四個(gè)碟式太陽能熱發(fā)電?范系統(tǒng)都配上熔融鹽的蓄熱裝置。這個(gè)項(xiàng)?由澳?利亞國(guó)家?學(xué)發(fā)起，他們第?步的?標(biāo)是利?碟式系統(tǒng)聚光產(chǎn)?壓?為120bar、溫度為630℃的過熱?蒸?，然后加熱106t的太陽鹽將熔融鹽的溫度升?到565℃儲(chǔ)存起來；第?步是利?熔融鹽儲(chǔ)存的熱量推動(dòng)由西??制造的560kWe的SST-060型汽輪機(jī)發(fā)電。熔融鹽蓄熱在線性菲涅爾太陽能熱電站中的應(yīng)?圖18-20是線性菲涅爾太陽能熱電站熔鹽傳熱+雙罐熔鹽顯熱蓄熱系統(tǒng)原理圖。該種蓄熱系統(tǒng)與第?種熔鹽傳熱+雙罐熔鹽顯熱蓄熱系統(tǒng)的?作原理類似，只是聚光器采?線性菲涅爾式。西班?NovatecSolarandBASF于2014年9?18?宣布采?熔鹽傳熱蓄熱的1.5MWPE1線性菲涅爾?范電站在西班?南部的Calasparra市建成運(yùn)?，電站照?如圖18-21所?。該電站采?熔鹽作為傳熱?質(zhì)，通過線性菲涅爾聚光器將熔鹽加熱到565℃，產(chǎn)?550℃?蒸?，采?熔鹽傳熱蓄熱技術(shù)后線性菲涅爾發(fā)電系統(tǒng)的效率得到了?幅度提?。圖18-20 線性菲涅爾熔鹽傳熱+雙罐熔鹽顯熱蓄熱太陽能熱發(fā)電站[1]圖18-21 采?熔鹽傳熱蓄熱的線性菲涅爾太陽能熱電站其他太陽能熱發(fā)電蓄熱?法熔鹽顯熱蓄熱是?前商業(yè)化運(yùn)?的太陽能熱發(fā)電站普遍采?的蓄熱技術(shù)，此外，還有?些正在實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)或?規(guī)模使?的太陽能熱發(fā)電蓄熱技術(shù)，現(xiàn)介紹如下。直接蒸汽儲(chǔ)熱系統(tǒng)圖18-22為直接蒸汽儲(chǔ)熱塔式太陽能電站原理圖。蒸汽蓄熱器應(yīng)?在太陽集熱島內(nèi)直接產(chǎn)?蒸汽的光熱電站，電站使??（?蒸?）作為吸熱和儲(chǔ)熱介質(zhì)。從太陽集熱島內(nèi)出來的飽和或過熱蒸汽可以直接存儲(chǔ)在?壓的蒸汽蓄熱器內(nèi)，蒸汽會(huì)在?壓容器內(nèi)液化成飽和?。?放熱時(shí)蒸汽蓄熱器可以提供?達(dá)10MPa的?壓飽和蒸汽。蒸汽蓄熱器?般?作短時(shí)間儲(chǔ)熱系統(tǒng)。圖18-22 蒸汽直接儲(chǔ)熱太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)原理圖[1]蒸汽蓄熱器的優(yōu)點(diǎn)包括：在化?領(lǐng)域有?泛的應(yīng)?，技術(shù)成熟，?程經(jīng)驗(yàn)豐富利?了?的汽化潛熱，體積儲(chǔ)熱密度?（?達(dá)1.2kW·h/m3），啟動(dòng)迅速，放熱速度快；?且不需要額外的導(dǎo)熱流體和換熱器；同時(shí)可以允許電站以較?的?作溫度運(yùn)?，增加了系統(tǒng)的效率，降低了輔助能耗。蒸汽蓄熱器的缺點(diǎn)包括：蒸汽蓄熱器為?壓容器，價(jià)格昂貴；難以建造?容量的?壓容器，所以蒸汽蓄熱器主要?作短時(shí)間熱量緩沖。PS10是全球第?座商業(yè)化并?運(yùn)?的塔式電站電站容量為10MW，于2007年建成。電站使??/?蒸?作為吸熱介質(zhì)，?通過太陽島集熱器后被加熱成飽和?蒸?。儲(chǔ)熱時(shí)250℃、4MPa的飽和?蒸?被存儲(chǔ)在?壓容器內(nèi)。蒸汽直接儲(chǔ)熱系統(tǒng)由四個(gè)相同??的儲(chǔ)熱罐組成，如圖18-23所?，總?cè)萘繛?0MW·h，可供汽輪機(jī)50%負(fù)荷?作50min。儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱效率為92.4%。儲(chǔ)熱系統(tǒng)放熱時(shí)采取滑壓運(yùn)?，釋放的飽和蒸汽將從4MPa下降到設(shè)定最低壓?。直接蒸汽統(tǒng)采??壓容器，成本較?，且?法建造?容量?壓儲(chǔ)罐，通常?短時(shí)間?容量的緩沖。2009年建成的20MW?蒸?塔式電站PS20也使?了直接蒸汽儲(chǔ)熱系統(tǒng)。圖18-23 PS10電站的蒸汽直接儲(chǔ)熱系統(tǒng)?達(dá)嶺塔式電站是中國(guó)第?座MW級(jí)的塔式?范電站，電站容量為1.0MW。電站使??作為吸熱介質(zhì)和儲(chǔ)熱介質(zhì)。與PS10塔式電站不同的是，?達(dá)嶺電站吸熱器出?產(chǎn)?過飽和蒸汽。過飽和蒸汽的儲(chǔ)熱選?了?級(jí)儲(chǔ)熱系統(tǒng)，即過飽和段采?雙罐導(dǎo)熱油間接儲(chǔ)熱系統(tǒng)，飽和?蒸?通過?壓容器存儲(chǔ)。通常蒸汽過熱所需的能量占蒸汽發(fā)?過程所需的總能量較少，為10%?15%。?達(dá)嶺電站中蒸汽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的容量為8MW·h，總儲(chǔ)熱量可供汽輪機(jī)滿負(fù)荷?作1?時(shí)。蒸汽儲(chǔ)熱系統(tǒng)放熱時(shí)采取滑壓運(yùn)?，釋放的飽和蒸汽將從2.5MPa下降到1.0MPa。單罐斜溫層蓄熱圖18-24是單罐斜溫層蓄熱原理圖。與雙罐蓄熱不同的是，在單罐斜溫層蓄熱系統(tǒng)中，只利??個(gè)儲(chǔ)熱罐完成?溫和低溫儲(chǔ)熱介質(zhì)的換熱轉(zhuǎn)換，?溫儲(chǔ)熱介質(zhì)位于儲(chǔ)熱罐的上部，低溫儲(chǔ)熱介質(zhì)在罐的下部，其?作原理如下：斜溫層罐利?密度與溫度冷熱之間的關(guān)系，當(dāng)?溫儲(chǔ)熱介質(zhì)在罐的頂部被?溫泵抽出，經(jīng)過換熱器冷卻后，底部進(jìn)?罐內(nèi)時(shí)，在罐的中間會(huì)存在?個(gè)溫度梯度很?的?然分層即斜溫層，它像隔離層?樣，使得斜溫層以上儲(chǔ)熱介質(zhì)保持?溫，溫層以下儲(chǔ)熱介質(zhì)保持低溫，隨著?溫儲(chǔ)熱介質(zhì)的不斷抽出，斜溫會(huì)上下移動(dòng)，抽出的儲(chǔ)熱介質(zhì)能夠保持恒溫，當(dāng)斜溫層達(dá)到罐的頂或底部時(shí)，抽出的儲(chǔ)熱介質(zhì)的溫度將會(huì)發(fā)?顯著變化。為了降低冷流體的混合，???可以填充固體顆粒儲(chǔ)熱材料來控制斜溫層的發(fā)展（此時(shí)成為斜溫層液-固混合儲(chǔ)熱系統(tǒng)，?般主體儲(chǔ)熱介質(zhì)是固體儲(chǔ)熱顆粒，系統(tǒng)可以認(rèn)為成了被動(dòng)式儲(chǔ)熱系統(tǒng)），另???，可以在系統(tǒng)內(nèi)使?主動(dòng)分層裝置，?如可以在冷熱流體中間漂浮的隔板等。圖18-24 熔融鹽單罐斜溫層蓄熱系統(tǒng)原理圖[3]單罐直接儲(chǔ)熱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括：相對(duì)于雙罐系統(tǒng)，單罐儲(chǔ)熱系統(tǒng)節(jié)省了?個(gè)儲(chǔ)熱罐外；罐內(nèi)還可以使?成本低廉的固體儲(chǔ)熱介質(zhì)（如沙?等）替代成本較?的液體介質(zhì)，形成斜溫層液-固混合儲(chǔ)熱系統(tǒng)，從?有望將儲(chǔ)熱系統(tǒng)成本降低35%。單罐直接儲(chǔ)熱系統(tǒng)的缺點(diǎn)包括：很難理想分開?溫流體和低溫流體（使?隔板的系統(tǒng)除外）；斜溫層的保持需要對(duì)充熱和放熱進(jìn)?嚴(yán)格的調(diào)控，系統(tǒng)調(diào)控復(fù)雜；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；部分存儲(chǔ)熱量不能有效利?，儲(chǔ)熱效率較低。SolarOne電站是世界上第?座?型的太陽能熱發(fā)電?范電站。采?塔式系統(tǒng)，吸熱介質(zhì)為?/?蒸?。儲(chǔ)熱系統(tǒng)采?被動(dòng)式單罐斜溫層液-固混合儲(chǔ)熱系統(tǒng)，儲(chǔ)熱罐內(nèi)填充?塊和沙?，使?導(dǎo)熱油作固體儲(chǔ)熱介質(zhì)熱交換的換熱流體。斜溫層液-固混合儲(chǔ)熱系統(tǒng)的?范沒有得到理想的結(jié)果，?臨很多技術(shù)問題。美國(guó)Sandia國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于2002年進(jìn)?了使?熔融鹽作為傳熱流體的單罐液-固混合的試驗(yàn)研究。因?yàn)槿廴邴}價(jià)格相對(duì)便宜，且可以使?較?的集熱溫度。?范儲(chǔ)熱系統(tǒng)如圖18-25所?，容量為2.3MW·h。研究中測(cè)試了??種?塊填充物，最后發(fā)現(xiàn)?英?和沙?與熔融鹽的相容性很好，適合作為斜溫層液-固混合儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的固體填充物，?幅度降低儲(chǔ)熱系統(tǒng)成本。但Sandia的?范研究也仍?臨?些技術(shù)難題。近年來包括NREL、普渡?學(xué)、中國(guó)科學(xué)院電?研究所及國(guó)外企業(yè)界在內(nèi)的眾多機(jī)構(gòu)對(duì)單罐熔融鹽液-固混合儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)?了持續(xù)的研究。2012年8?在西班?建成的PuertoErrado2線性菲涅爾太陽能熱發(fā)電站中也采?斜溫層單罐蓄熱來滿?0.5h的蓄熱。圖18-25 美國(guó)桑迪亞實(shí)驗(yàn)室的液-固斜溫層蓄熱[3]相變蓄熱圖18-26是太陽能熱發(fā)電站熔鹽相變蓄熱系統(tǒng)原理圖。其基本?作原理是?天太陽充?時(shí)，太陽能吸熱器出來的?溫傳熱流體?部分直接送?蒸汽發(fā)?器產(chǎn)?蒸汽發(fā)電。另?部分?溫傳熱流體被送?相變蓄熱器。相變蓄熱器中裝有?定容量的固體儲(chǔ)熱介質(zhì)，?溫熔鹽加熱相變蓄熱器中的固體儲(chǔ)熱介質(zhì)，固體儲(chǔ)熱介質(zhì)吸熱熔化變成液體儲(chǔ)存熱量。晚上沒有太陽時(shí)，蒸汽發(fā)?器出來的低溫傳熱流體直接進(jìn)?相變蓄熱器，相變蓄熱器中液態(tài)儲(chǔ)熱介質(zhì)凝固放出熱量，加熱低溫傳熱流體變?yōu)?溫傳熱流體，然后?溫傳熱流體進(jìn)?蒸汽發(fā)?器加熱?產(chǎn)?蒸汽，驅(qū)動(dòng)發(fā)電。圖18-26 太陽能熱發(fā)電站熔鹽相變蓄熱系統(tǒng)[2]相變材料儲(chǔ)熱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括：系統(tǒng)儲(chǔ)熱密度?；能量存儲(chǔ)可以在較?的溫差范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，且利?相變潛熱可以實(shí)現(xiàn)較?的能和存儲(chǔ)密度，尤其適?于直接蒸汽系統(tǒng)中蒸汽的儲(chǔ)熱（蒸汽液化成?）和放熱（?汽化成蒸汽）。相變材料儲(chǔ)熱系統(tǒng)的缺點(diǎn)包括：設(shè)計(jì)和材料選擇?較困難；受儲(chǔ)熱材料限制，?前系統(tǒng)性能和持久?臨很多問題；放熱過程的儲(chǔ)熱材料凝固會(huì)降低放熱速度；?前成本較?。近年來關(guān)于相變材料的研發(fā)越來越多，但?前為?還沒有成熟的商?化?溫潛熱儲(chǔ)熱技術(shù)。相變儲(chǔ)熱在成熟地應(yīng)?之前需要解決?系列的問題?如相變材料的熱導(dǎo)率?般較低?般?于1W/（m·K）]，導(dǎo)致充放熱速度較慢；放熱時(shí)由于固體?先出現(xiàn)在換熱管道外，降低放熱速度。提?相變材料的熱導(dǎo)率的?法有：通過強(qiáng)化換熱途徑提?換熱速度；在相變材料中摻雜?熱導(dǎo)率的物質(zhì)（如?墨）來提?儲(chǔ)熱材料的熱導(dǎo)率等。相變材料/?墨的復(fù)合材料可以實(shí)現(xiàn)5?10W/（m·K）的熱導(dǎo)率。相變材料主要包括有機(jī)儲(chǔ)熱材料和?機(jī)儲(chǔ)熱材料，其中有機(jī)儲(chǔ)熱材料的相變溫度?般在200℃以下，主要?在中低溫?zé)崂?，?太陽熱發(fā)電中適?的?溫相變儲(chǔ)熱材料主要是?機(jī)材料，如?機(jī)鹽、及合?等。?機(jī)鹽主要包括硝酸鹽、氯化鹽、碳酸鹽、氟化鹽，變溫度逐漸升?，?前國(guó)際已有的潛熱儲(chǔ)熱?范項(xiàng)?中使?的?機(jī)鹽主要為硝酸鹽或多元硝酸鹽。?屬及合?材料做相變儲(chǔ)熱介質(zhì)時(shí)，般具有如下優(yōu)勢(shì)：相變潛熱?，儲(chǔ)能密度?，使得單位價(jià)格儲(chǔ)熱量?；熱導(dǎo)率?常?，充放熱迅速；?毒?味等。但?屬及合?的熔點(diǎn)?般較?（?般在500℃以上），使得它僅適?于較?溫度的儲(chǔ)熱，?如應(yīng)?在碟式斯特林系統(tǒng)的短時(shí)間儲(chǔ)熱。?前研究較多的合?有鋁基合?，尤其是鋁-硅合?。德國(guó)宇航研究中?（DLR）于2009年為直接蒸汽槽式電站設(shè)計(jì)建造了?套相變蓄熱?范系統(tǒng)，該系統(tǒng)相變材料PCM為熔點(diǎn)306℃的硝酸鈉，總質(zhì)量為1t，其潛熱蓄熱容量為700kW·h，其裝置如圖18-27所?。該裝置采?鋁肋?的三明治設(shè)計(jì)來強(qiáng)化熔鹽的導(dǎo)熱。圖18-27 DLR相變蓄熱試驗(yàn)?zāi)K?溫固體顯熱蓄熱固體顯熱裝置通常采?單位體積?熱容?、成本低與耐?溫的固體材料例如混凝?、鑄造陶瓷等作為蓄熱介質(zhì)，采?空?、?/?蒸?、合成油或熔融鹽等作為傳熱介質(zhì)。圖18-28為帶固體顯熱蓄熱裝置的槽式系統(tǒng)?意圖。與美國(guó)不同，德國(guó)等歐盟國(guó)家?較重視直接蒸汽發(fā)電（directsteamgeneration，DSG）太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)?與研究，蓄熱系統(tǒng)則常采?固體顯熱蓄熱介質(zhì)。圖18-28 帶固體顯熱蓄熱裝置的槽式系統(tǒng)?意圖固態(tài)顯熱儲(chǔ)熱材料，包括?溫混凝?以及澆注陶瓷材料，通常以填充顆粒床層的形式與流體進(jìn)?換熱，實(shí)現(xiàn)蓄、放熱。耐?溫混凝?的?料主要是氧化鐵，?泥為黏結(jié)劑。?溫混凝?多采?礦渣?泥，其成本較低，易于加?成型，?前已在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域使?，但其熱導(dǎo)率不?，通常需要添加?導(dǎo)熱性的組分（如?墨粉等），或者通過優(yōu)化儲(chǔ)熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來增強(qiáng)傳熱性能。澆注陶瓷多采?硅鋁酸鹽鑄造成型，鑄造陶瓷?料主要是氧化鐵，黏結(jié)劑包括氧化鋁等，所制備材料在?熱容、熱穩(wěn)定性及導(dǎo)熱性能等??都優(yōu)于?溫混凝?，但其應(yīng)?成本相對(duì)較?。常?的?于太陽能?溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)中的固體顯熱蓄熱材料如表18-4所?。表18-4 太陽能熱發(fā)電站中常?的固體顯熱蓄熱材料?溫混凝?儲(chǔ)熱?溫混凝?儲(chǔ)熱系統(tǒng)通常由多個(gè)混凝?儲(chǔ)熱模塊通過串并聯(lián)形式組成，儲(chǔ)熱模塊通常為??體，每個(gè)儲(chǔ)熱模塊由?溫混凝?和內(nèi)置的換熱?屬列管組成。換熱流體從列管內(nèi)流過，實(shí)現(xiàn)與管外的混凝?的熱交換。換熱列管通常為鋼管，鋼管的成本可能占據(jù)相當(dāng)?部分儲(chǔ)熱總成本（可能達(dá)到45%?55%），所以混凝?儲(chǔ)熱系統(tǒng)的?何參數(shù)的設(shè)計(jì)（?如管徑、布置?式、管間距等）對(duì)于系統(tǒng)性能和系統(tǒng)成本?常重要。?溫混凝?儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以應(yīng)?在使?導(dǎo)熱油、熔融鹽或者?等液體作為吸熱介質(zhì)的光熱電站中。?前?溫混凝?儲(chǔ)熱系統(tǒng)還沒有商業(yè)化應(yīng)?，但是已經(jīng)有MW·h級(jí)別的中試測(cè)試。?溫混凝?儲(chǔ)熱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括：混凝?價(jià)格低廉，儲(chǔ)熱系統(tǒng)成本低；?作溫度范圍寬；容易加?；環(huán)境適應(yīng)性好；?安全隱患等。?溫混凝?儲(chǔ)熱系統(tǒng)的缺點(diǎn)包括：需要使??屬列管換熱器，增建造成本；系統(tǒng)?期穩(wěn)定性仍有待研究；混凝?熱導(dǎo)率低，系統(tǒng)熱速度受系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響較?；使?熔融鹽作為傳熱介質(zhì)時(shí)，系統(tǒng)熱困難。2001年開始，在德國(guó)政府資助的?個(gè)研究項(xiàng)?WESPE中，DLR研究了?個(gè)應(yīng)?在槽式系統(tǒng)的混凝?儲(chǔ)熱?范系統(tǒng)，儲(chǔ)熱溫度達(dá)到了325℃。項(xiàng)?的?的是開發(fā)?效率、低成本混凝?儲(chǔ)熱系統(tǒng)，對(duì)列管換熱管道進(jìn)?優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及以350kW·h的系統(tǒng)驗(yàn)證混凝?儲(chǔ)熱技術(shù)?；炷?儲(chǔ)熱模塊如圖18-29所?。DLR后來持續(xù)開展了?系列的?溫混凝?儲(chǔ)熱系統(tǒng)研究和?范，最新的試驗(yàn)?儲(chǔ)熱溫度達(dá)到了390℃，?作范圍為340?390℃。單個(gè)儲(chǔ)熱模塊的儲(chǔ)熱量為350kW·h，每?個(gè)模塊都由混凝?和布置在混凝?內(nèi)部的換熱管道組成。試驗(yàn)中還?較了可澆注陶瓷和?溫混凝?兩種固體儲(chǔ)熱介質(zhì)。2003年在西班?PSA中?與槽式聚光集熱系統(tǒng)成功進(jìn)?了連接測(cè)試。2008年到2010年DLR進(jìn)?了?期的穩(wěn)定性測(cè)試。最近DLR?建?了?套第?代混凝??溫蓄熱試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置傳熱?質(zhì)選?100bar、500℃的?溫?壓蒸汽。圖18-29 DLR測(cè)試混凝?儲(chǔ)熱模塊圖固體堆積床儲(chǔ)熱系統(tǒng)固體堆積床儲(chǔ)熱系統(tǒng)與單罐斜溫層液-固混合儲(chǔ)熱系統(tǒng)類似，不同的是固體堆積床儲(chǔ)熱系統(tǒng)的換熱流體是?溫?體，適?于直接蒸汽光熱電站和?溫空?光熱電站系統(tǒng)。儲(chǔ)熱材料?般為?塊、混凝?、陶瓷等耐?溫固體，也可以為相變材料。系統(tǒng)?作時(shí)?溫?體流經(jīng)固體堆積床的空隙，與儲(chǔ)熱固體（可以為?塊、混凝?、陶瓷等）進(jìn)?熱交換，實(shí)現(xiàn)熱量的存儲(chǔ)和提取。固體堆積床儲(chǔ)熱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括：換熱?體與儲(chǔ)熱固體之間換熱速度較快，能夠?qū)崿F(xiàn)有效充放熱；儲(chǔ)熱介質(zhì)為低廉的固體介質(zhì)，儲(chǔ)熱成本低；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。固體堆積床儲(chǔ)熱系統(tǒng)的缺點(diǎn)包括：?體換熱介質(zhì)熱容低，所需?-固傳熱溫差?；部分存儲(chǔ)熱量不能有效利?，導(dǎo)致儲(chǔ)熱效率較低。DLR等也對(duì)可澆注陶瓷作為儲(chǔ)熱材料進(jìn)?了研究。可澆注陶瓷的物性與混凝?相近，但陶瓷的最?優(yōu)點(diǎn)是可以?混凝?耐更?的溫度，?作溫度可以在1000℃以上。陶瓷材料特別適?于空?電站?堆積層儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱材料，Julich試驗(yàn)電站是?前唯??個(gè)運(yùn)?的采?空?作為吸熱介質(zhì)塔式電站，也是德國(guó)境內(nèi)第?座試驗(yàn)?范光熱電站，電站容量為1.5MW。Julich電站中選?了儲(chǔ)熱時(shí)間為1h的固體堆積層儲(chǔ)熱系統(tǒng)，固體為多孔陶瓷磚。?體通過由多孔陶瓷磚堆積?成的堆積層，與陶瓷進(jìn)?熱交換，從?實(shí)現(xiàn)熱量的存儲(chǔ)和提取。儲(chǔ)熱系統(tǒng)充熱時(shí)熱空?從上端進(jìn)?系統(tǒng)，進(jìn)?溫度為700℃，放熱時(shí)冷空?從下端進(jìn)?系統(tǒng)，進(jìn)?溫度為100℃，系統(tǒng)?作時(shí)會(huì)在儲(chǔ)熱固體區(qū)域形成斜溫層。Julich塔式電站堆積床蓄熱系統(tǒng)流程?圖18-30。圖18-30 Julich塔式電站堆積床蓄熱系統(tǒng)流程圖混合蓄熱混合蓄熱是顯熱蓄熱和相變蓄熱相結(jié)合的?種蓄熱?式。圖18-31所?為雙級(jí)蓄熱與雙運(yùn)?模式的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，它主要由兩個(gè)蒸汽回路和蓄熱回路組成。吸熱器產(chǎn)?的過熱蒸汽依次經(jīng)換熱器1、3，將蒸汽顯熱、潛熱按品位的不同分別儲(chǔ)存在?、低溫蓄熱器中，蒸汽凝?返回到吸熱器，完成聚光集熱和蓄熱過程。?溫蓄熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油（或?溫熔融鹽），低溫蓄熱介質(zhì)為飽和?（或其他相變蓄熱介質(zhì)）。該系統(tǒng)采?顯熱-相變聯(lián)合蓄熱，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，預(yù)熱、伴熱等運(yùn)?與維護(hù)成本顯著增?。?前有關(guān)混合蓄熱還處于研究階段，未?成功的應(yīng)?報(bào)道。圖18-31 太陽能熱發(fā)電混合蓄熱原理圖[19]DLR-ZSW開發(fā)了?種新的被動(dòng)式儲(chǔ)熱系統(tǒng)：使?混凝?顯熱儲(chǔ)熱和相變儲(chǔ)熱相結(jié)合的混合儲(chǔ)熱系統(tǒng)。DLR于1993年開發(fā)了混合儲(chǔ)熱系統(tǒng)，他們?cè)O(shè)計(jì)了應(yīng)?在槽式電站中的200MW·h的儲(chǔ)熱系統(tǒng)，設(shè)計(jì)充熱時(shí)間為3h，放熱時(shí)間1h。傳熱流體為導(dǎo)熱油，其中相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)中研究的相變材料有兩種：硝酸鈉（熔點(diǎn)310℃）和氫氧化鈉/氯化鈉混合物（熔點(diǎn)370℃）。最近，DLR針對(duì)直接蒸汽系統(tǒng)開發(fā)了新的混合儲(chǔ)熱?范系統(tǒng)（圖18-32）。混合儲(chǔ)熱?范系統(tǒng)由混凝?顯熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)和相變潛熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)組成，其中混凝?儲(chǔ)熱系統(tǒng)容量為250kW·h，儲(chǔ)熱模塊??為22m3，?于過熱?蒸?和飽和?蒸?之間的熱量存儲(chǔ)和提取；?相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)采?硝酸鈉作為相變材料，相變溫度為305℃，儲(chǔ)熱容量約為750kW·h，儲(chǔ)熱系統(tǒng)??為8.5m3，包含約14t鹽，相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)主要?于飽和?蒸?的冷凝和?蒸?的發(fā)?所需的潛熱。這是全球第?個(gè)混凝?儲(chǔ)熱和相變儲(chǔ)熱相結(jié)合的混合儲(chǔ)熱?范系統(tǒng)。圖18-32 德國(guó)DLR測(cè)試混合儲(chǔ)熱系統(tǒng)圖電系統(tǒng)中儲(chǔ)能技術(shù)的未來應(yīng)?情景太陽能是解決未來能源問題的主要技術(shù)途徑太陽能的能源總量是?分巨?的，太陽輻射到達(dá)地球陸地表?的能量?約為17萬億千?，相當(dāng)于?前全世界?年內(nèi)能源總消耗量的3.5萬倍[21]。只要利?世界沙漠?積的1%?來發(fā)電，就?夠世界能源的消費(fèi)。圖18-33是太陽能資源量和其他可再?能源資源量的?較，從圖18-33可以看出，太陽能資源量?其他可再?能源的資源儲(chǔ)量豐富得多，其他可再?能源由于資源量的限制，不可能滿?全世界的能源需求，因此太陽能利?才是解決?類對(duì)能源需求的最終歸宿。如圖18-34所?，預(yù)計(jì)到2050年，太陽能發(fā)電量將占到世界能源總量的20%，2100年太陽能發(fā)電要占到世界能源總量的60%。圖18-33 各種可再?能源可利?量?較[9]圖18-34 國(guó)際能源署（IEA）對(duì)今后全球能源供應(yīng)來源的預(yù)測(cè)[9]太陽能熱發(fā)電能夠提供連續(xù)穩(wěn)定電主?能源由于太陽能熱發(fā)電?先聚光產(chǎn)??溫?zé)崮?，再?溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換為電能，因此太陽能熱發(fā)電可與?溫蓄熱相結(jié)合。熔鹽蓄熱技術(shù)可實(shí)現(xiàn)低成本?規(guī)模蓄熱?？膳c低成本?規(guī)模蓄熱相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電，也可根據(jù)電???需求進(jìn)?發(fā)電量調(diào)節(jié)，這是太陽能熱發(fā)電相?其他可再?能源發(fā)電最?的優(yōu)勢(shì)。由于??發(fā)電和光伏發(fā)電直接由光能直接轉(zhuǎn)換為電能，因此只能?蓄電技術(shù)。?前蓄電池成本?，壽命短，實(shí)現(xiàn)?規(guī)模蓄電成本極?，?容量??和光伏發(fā)電還?法實(shí)現(xiàn)蓄能。因此?規(guī)模??和光伏電站受?資源和太陽光資源波動(dòng)的影響?，發(fā)出的電能波動(dòng)較?，如果在電?中占有?的?例會(huì)對(duì)電?產(chǎn)?不利影響。太陽能熱發(fā)電與低成本?規(guī)模蓄熱技術(shù)結(jié)合，可提供電?需要的連續(xù)穩(wěn)定可調(diào)的?品質(zhì)電能。因此太陽能熱發(fā)電不僅能承擔(dān)電?的調(diào)峰負(fù)荷，還能承擔(dān)電?的基礎(chǔ)負(fù)荷，有條件成為未來的主?能源，能夠在未來能源結(jié)構(gòu)占據(jù)重要地位。太陽能熱發(fā)電是有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)?的可再?能源發(fā)電?式隨著太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展太陽能熱電站的發(fā)電成本（STE）也逐步降低，在歐盟2010年6?發(fā)布的《太陽能熱電2025》（SolarThermalElectricity2025）中，以西班?為例，詳細(xì)列舉了太陽能熱電站的發(fā)電電價(jià)成本，以及和傳統(tǒng)?電、光伏、?電發(fā)電成本的?較（如圖18-35?圖18-38）。圖18-35是報(bào)告中給出沒有蓄能情況下，太陽能熱發(fā)電成本與傳統(tǒng)能源成本以及光伏??發(fā)電成本?較。從圖中可以看到，2012年國(guó)外太陽能熱電站的成本是每千?17?24歐分，在2015年迅速降低到每千?15?22歐分的?平，到2020年將降低到10?17歐分，到2025年將降低到8?15歐分的?平。從圖中可以看到，?前太陽能熱發(fā)電成本還?于燃煤和燃?發(fā)電成本，但到2025年左右太陽能熱發(fā)電成本將低于燃?發(fā)電成本，與燃煤發(fā)電成本相當(dāng)。圖18-36給出了沒有蓄能的情況下太陽能熱發(fā)電與??發(fā)電、光伏發(fā)電成本?較，從圖中可以看出，不考慮蓄能的情況下，太陽能熱發(fā)電的成本是最?的，其次是光伏，最低的是??發(fā)電，但到2025年太陽能熱發(fā)電將降低到與光伏發(fā)電相當(dāng)?shù)?平。圖18-37和圖18-38分別給出了包括蓄能的情況下太陽能熱發(fā)電與?能及光伏發(fā)電成本?較，從圖中可以看出，包括蓄能以后，太陽能熱發(fā)電成本與??發(fā)電成本相當(dāng)，遠(yuǎn)低于光伏發(fā)電的成本。圖18-35 太陽熱發(fā)電成本與燃煤燃?成本的?較（不考慮蓄熱）[23]圖18-36 太陽熱發(fā)電成本與光伏??發(fā)電成本?較（不考慮蓄熱）[23]圖18-37 太陽能熱發(fā)電成本與??發(fā)電成本?較（包括蓄能）[23]圖18-38 太陽能熱發(fā)電成本與光伏發(fā)電成本?較（包括蓄能）[9]美國(guó)能源部于2011年發(fā)布了聚光太陽能發(fā)電發(fā)展計(jì)劃，該計(jì)劃?標(biāo)是到2015年太陽能熱發(fā)電成本降到10?12美分/（kW·h），達(dá)到電?中間市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)?；到2020年太陽能熱發(fā)電成本降低到6?8美分/（kW·h），達(dá)到基礎(chǔ)負(fù)荷電?市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)?[22]。2014年國(guó)際能源署發(fā)布的《太陽能熱發(fā)電技術(shù)路線圖》（TechnologyRoadmapofCSP）（2014版）中也給出了如表18-5所?的太陽能熱發(fā)電成本下降技術(shù)路線[20]。從表18-5可以看出：太陽能熱發(fā)電成本在2020年可降到0.11?0.17美元/（kW·h），2030年可降0.0860.12美元/（kW·h）；2050年可降0.0640.094美元/（kW·h）。表18-5 全球太陽能熱發(fā)電度電成本下降趨勢(shì)[6]太陽能熱發(fā)電在國(guó)際上已取得巨?成功，并有闊發(fā)展前景太陽能熱發(fā)電已經(jīng)在世界上獲得了巨?的成功。截?2015年2?底的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，?前全球已經(jīng)運(yùn)?的商業(yè)太陽能熱電站總裝機(jī)容量為4187.05MW，這些電站主要分布在西班?、美國(guó)、德國(guó)、伊朗、摩洛哥、意?利、澳?利亞。圖18-39給出了全球太陽能熱發(fā)電累計(jì)安裝量的變化情況，由圖可以看出，2009年以來太陽能熱發(fā)電得到了快速的發(fā)展。圖18-40給出了各種可再?能源的裝機(jī)容量和?物質(zhì)能產(chǎn)品量平均年增?率。從圖中可以看出，太陽能熱發(fā)電年增?率僅次于光伏，成為第??年增?率最快的可再?能源利?技術(shù)。由于各國(guó)政府對(duì)太陽能熱發(fā)電的重視和多個(gè)電站項(xiàng)?進(jìn)?實(shí)質(zhì)建設(shè)，??批太陽能熱發(fā)電公司如?后春筍般發(fā)展壯?起來，在國(guó)際上?較著名的相關(guān)公司有18家它們是AbengoaAccionaAusraBrightSourceEnergy，eSolar，Iberdrola，Infinity，Schott，SenerAeronautica，SkyFuel，SolarEuromed，SolarMillennium，SolarReserve，SolelSopogy，StirlingEnergySystems，TorresolEnergy和WizardPower。相信隨著太陽能熱發(fā)電的進(jìn)?步發(fā)展，將會(huì)有越來越多的公司加?這個(gè)隊(duì)伍中。圖18-39 全球太陽能熱發(fā)電的累計(jì)安裝容量的增?情況[9]圖18-40 全球可再?能源裝機(jī)容量和?物質(zhì)能產(chǎn)品產(chǎn)量的平均年增?率[9]國(guó)際上對(duì)太陽能熱發(fā)電??？春?，把太陽能熱發(fā)電作為解決未來世界能源問題的主要技術(shù)途徑。2013年全球新增太陽能熱發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到了882MW，市場(chǎng)達(dá)到68億美元。2009年5?25?，由綠?和組織（GreenPeace）、歐洲太陽能熱發(fā)電協(xié)會(huì)（ESTELA）和國(guó)際能源署組織共同編寫的《ConcentratingSolarPowerGlobalOutlook09》報(bào)告指出