浅谈太阳能热发电系统的储热介质应用现况

浅谈太阳能热发电系统的储热介质应用现况

本文综述了太阳能发电中储热介质的分类及优缺点,最后对储热介质的发展进行了展望。

标签:太阳能发电;传热蓄热介质;熔盐

一、前言

集中太阳能(CSP)热发电是一种新兴的可持续发电技术。阳光集中加热传热流体(HTF),然后泵送到热交换器产生蒸汽驱动汽轮机发电。HTF是CSP系统整体性能和效率最重要的组件之一。因此,研究太阳能高温传蓄热介质是开发利用太阳能的必然趋势。

二、储热介质的分类及特性

选择合适的储热介质不仅可以提高太阳能发电系统的转化效率,还可以降低整个发电系统的安全系数。目前的太阳能的储热介质主要有水/水蒸气、导热油、液态金属、熔盐,其特性如下。

(一)水和水蒸气

水和水蒸气是一种廉价、使用方便的传热介质。太阳能发电系统直接加热水产生过热蒸汽,然后驱动蒸汽轮机发电,从而省去中间的换热步骤。但是使用水/蒸汽作为传热介质的最大问题是水的沸点及最大工作温度比较低。太阳能发电系统的工作温度越高,水蒸气的压力就越大,增加管道厚度才能解决上述问题。但是增加管壁厚度会导致输送管路变长,即增加了成本,同时降低了传热效率。另外,它的温度只能达到300℃左右从而大幅度降低了太阳能发电系统的发电效率。

(二)导热油

导热油可作为传热和蓄热介质,是早期小容量槽式热发电站储热系统的主要传储热介质。导热油的稳定性比较好,在常压下,具有较高温度上限,降低了高温加热系统的操作压力、提高设备与系统的可靠性;具有较低的凝固点,可以在更宽的温度范围内满足工艺需求。但是在400℃以上不适合使用导热油,因为300℃以上就开始出现积碳现象,需定期更换,否侧会出现阻塞管道。另外高温下导热油的空气氧化性很强,在事故发生时容易引起火灾,极易出现导热油的泄漏而污染环境的现象。最主要的问题是导热油被加热后容易变质,由于传储热介质需要循环利用,所以导热油并是太阳能热发电系统中储热介质的理想选择。

(三)液态金属

液态金属是高温传热蓄热较为理想的介质。它的传热储热能力较好、热导率与溶解热极高、工作温度范围宽、流动性好、蒸气压低,但是它膨胀系数高、价格昂贵、易燃、易泄露、腐蚀性强。

(四)熔盐

熔融盐已被广泛用作传热储热介质。它的使用温度范围宽广且工作温度高(一般在100℃到1000℃)、化学稳定性好、蒸气压低(尤其混合盐的状态下更低)、溶解能力强、粘度低和价格低廉,同时不会因泄露造成严重的安全事故,所以熔融盐是太阳能发电系统中具有使用价值的传储热介质。

三、熔盐的特性与分类

综上所述,熔盐无疑成为了太阳能热发电中最有使用价值的传储热的介质。下文对熔盐的特性、分类、优缺点及存在的问题进行了阐述。

(一)熔融盐的特异性

熔盐中一般只含离子键,键能较强、熔点较高,因此一般应用于传储热介质的熔盐为多组分的混合盐。研究发展结果表明,熔融盐具有使用温度高、比热容高、对流传热系数高、粘度低、饱和蒸汽压低、成本低、热稳定性好,兼具传热储热能力的优点,是太阳能光热发电理想的传储热介质。

(二)熔融盐的分类及优缺点

在实际工程储能应用中,需要成百吨甚至更多的融盐,所以为了考虑成本,本文只介绍一些价格低廉且性能优异的传储热用盐。

1.硝酸盐

硝酸盐最大优点是熔点低、价格低廉和腐蚀性小,但是硝酸盐溶解热较小,大部分在20~30Kcal/kg之间,且热导率一般在:0.7Kcal/(m.h.℃)左右,因此在使用时容易产生局部过热。另外,硝酸熔盐由于其高温分解限制了其使用温度,所以如何提高其使用温度也是限制硝酸熔盐广泛应用的一个问题。

2.碳酸盐

碳酸盐具有价格较低、密度大、相变潜热高、腐蚀性小、比热和密度高等优点,具有良好的传热和储热能力,能满足CSP高温传热储热的要求。碳酸盐使用温度高于硝酸盐,可以提高储热体系效率,特别在400℃~850℃的中高温温度段,碳酸盐具有很大的优势。但是碳酸盐的熔点高、粘度大、易分解等特点限制了碳酸盐的发展。

3.氯化盐

氯化盐具有种类多、使用温度范围最广、价格低廉相变潜热较大、液态粘度小和热稳定性良好等优点,并且可以按照不同需求制备成不同溶点的混合盐。其缺点是腐烛性较强,安全使用温度较难确定。

4.氟化盐

氟化盐具有粘度小、潜热大、腐蚀性小、与金属容器的相容性和热迁移性较好等优点,属于典型的高温相变储热材料。但是也有三个致命的缺点,一是氟化物热导率较其他熔融盐要低;二是氟化物在液固两相转变时体积收缩严重,易出现“热松脱”及“热斑”现象;三是价格高。

(三)熔盐所存在的问题

(1)熔融盐的高温分解问题。无机盐在温度过高时会产生离子的分解,熔盐的分解使得熔盐结构与组成的变化,进而导致其热物理性质发生变化,这将极大地影响熔融盐的发电效率和工作安全。

(2)熔融盐对传储热管道回路腐蚀问题。有1.2节所介绍的太阳能热发电的原理可知,储热介质在传储热回路中一直处于流动状态,且储热介质在回路中需要不断地循环利用,这就要求储热系统的管道材料与熔融盐必须具有良好的相容性,一方面可以使用耐腐蚀的材料,但是必然将增加太阳能热发电系统的运行成本;另一方面,可以利用熔融盐良好的溶解性能,在熔盐中加入适当的添加剂,用于减缓管道材料的腐蚀。储热熔盐的腐蚀问题是储热熔盐能否广泛应用的关键,所以研究和开发高温耐腐蚀材料,寻找熔盐腐蚀的机理,一直是太阳能储热熔盐领域的重要课题之一。

(3)由于此类混合盐在高温下呈液态,在常温状态下呈固态,这就要求传储热器必须一直处于保温状态,这将增加系统的预热及伴热电耗。

四、对储热介质发展的展望

综上所述,熔盐有望成为下一代太阳能热发电唯一的传储热介质。提高工作温度有利于提高CSP的发电效率,硝酸由于分解温度低、全球硝酸盐储量和产能有限,其推广使用存在诸多困难。从现存的文献可以看出,一般不会使用单独的一种熔盐作为相变储热材料,通常应用于太阳能热发电系统中的储热熔盐均为二元盐或三元盐,因此可以预测,如果解决了相关技术瓶颈,碳酸盐、氯盐、氟盐等有望成为下一代CSP的传储热介质。

参考文献

[1]周嘏癑.316不锈钢在硝酸嫁盐中的腐蚀行为研究[D].西安:西安科技大学,2017.

[2]马宏芳.Inconel625合金在氯化物熔盐中腐蚀行为研究[D].西安:西安科技大学,2015.

[3]贾宝玲.储热用熔融硝酸盐对几种炭素材料的腐蚀行为研究[D].兰州:兰州理工大学,2013.

[4]孙华,苏兴治,张鹏,王建强.聚焦太阳能热发电用熔盐腐蚀研究现状与展望[J].腐蚀科学与防护技术,2017,29(03):282~290.

[5]孫华,苏兴治,张鹏,王建强.聚焦太阳能热发电用熔盐腐蚀研究现状与展望[J].腐蚀科学与防护技术,2017,29(03):282~290.

作者简介:胡永康(1993.07—),男,汉族,本科,河南商丘人,青海大学机械工程学院15材科一班。

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相变蓄热材料在太阳能供暖系统中的应用分析

相变蓄热材料在太阳能供暖系统中的应用分析

相变蓄热材料在太阳能供暖系统中的应用分析

太阳能供暖系统是一种利用太阳能转换为热能来供暖的系统。为了提高太阳能的利用效率,可以采用相变蓄热材料来储存和释放热能。相变蓄热材料是一种能够在相变过程中吸热或放热的材料,可以将热能储存起来,并在需要时释放出来。

相变蓄热材料可以应用于太阳能集热器中。太阳能集热器通过吸收太阳辐射来转换为热能。太阳能的供应是不连续的,白天收集到的热能需要在晚上或阴天使用。通过在太阳能集热器中加入相变蓄热材料,可以将白天收集到的热能储存起来,晚上或阴天释放出来供暖使用,从而实现太阳能的持续利用。

相变蓄热材料可以应用于太阳能供暖系统中的储热装置。储热装置是太阳能供暖系统中的重要组成部分,用于存储白天收集到的热能,以备晚上或阴天使用。传统的储热装置通常使用水箱或石墨板来储存热能,但它们的储热能力有限。相变蓄热材料具有较高的储热能力和储热稳定性,可以在相变过程中吸收或释放大量的热能。将相变蓄热材料应用于太阳能供暖系统的储热装置中,可以增加系统的热能储存能力,提高系统的供暖效果。

相变蓄热材料还可以应用于太阳能供暖系统中的传热装置。传热装置用于将储存的热能传递到供暖系统中。相变蓄热材料具有较高的传热效率和传热稳定性,可以将储存的热能迅速传递到供暖系统中,实现系统的快速供暖。

相变蓄热材料在太阳能供暖系统中的应用可以提高系统的热能储存能力、传热效率和供暖效果。通过合理设计和选择相变蓄热材料,可以使太阳能供暖系统更加高效、可靠和环保。相变蓄热材料的选择和应用需要考虑材料的热性能、耐久性、成本和环境影响等因素。在实际应用中需要综合考虑各种因素来确定最合适的相变蓄热材料,并结合具体的太阳能供暖系统设计来实现最佳效果。

储热材料及其应用

储热材料及其应用

储热材料及其应用

文章介绍了储热的主要分类及其原理,对存储材料分类,说明各类材料的特点。介绍了储热材料在工程中的应用和发展。

标签:存储材料;蓄能;蓄冷/热

引言

能源和环境问题的日益严重迫使人们不断开发清洁能源能源。风能、太阳能、地热能、生物能、海洋能等不断被人们开发研究。储热介质是一种能够储存能量并提高能源利用率起到环境保护作用的物质。储热介质为储热技术的核心,人们对其研究也在不断深入。储热技术已在太阳能利用、电力调峰、工业废热和余热的回收利用中广泛应用。

1 储热方法及储热材料

1.1 显热存储

显热存储是指储热材料随着温度的升高或降低而吸热或放热的现象。显热存储介质普遍存在易得、化学性质稳定,但温度波动大。根据显热存储介质的形态可分为液体显热存储介质和固体显热存储介质。液体显热存储介质有乙醇、丙醇、丁醇异、丁醇辛烷和水。当储热温度较高时高压容器的费用很高,水则不适合做为存储介质。固体显热存储介质主要有岩石土壤金属类以及无机氧化物类。固体显热存储介质不和其他物质发生反应、不易腐蚀、便宜易得。固体显热存储主要有岩石床储热器和地下土壤储热器。

1.2 潜热存储

潜热存储是指物质由固到液、液到气或由固到气时吸收相变热,逆反应时释放相变热。按化学组成分为有机物类和无机物类。无机物类储热密度大、腐蚀性小、成本低,是目前固-液存储主要的研究方向。广泛用于废热、余热回收和太阳能相变储能。无机物类分为水和盐类和熔盐类。水和盐类主要应用于中低温相变存储,其融化热大、热导率高、体积变化小。但因其易出现过冷和分层现象要加入防过冷剂和防相变分离剂。常用的无机水和盐相变材料主要有硫酸钠水合盐、三水醋酸钠等。常见的熔盐是硝酸盐、碳酸盐、氯化物和氟化物。其缺点是热导率低和腐蚀严重。有机相变材料在固态时易成型、腐蚀性小、化学性质稳定、便宜易得、不易出现过冷和分层。有机相变材料主要分为石蜡、酯酸类、多元醇类。石蜡的分子式为CnH2n+2,它由直链烷烃混合而成。其熔点和溶解热随着碳链的增加而增大,当n=12~36时的熔点为-12~759℃。石蜡的热导率仅为0.15W/(m·℃),密度小溶解时体积增大11%~15%。酯酸类的分子式为CnH2n+2O2,其性能类似于石蜡类。多元醇适用于固-固相变蓄热,其价格偏高热导率低。主要的相变材料有季戊四醇(PE)新戊二醇(NPG)。单一的多元醇

太阳能光伏发电系统的储能与消纳技术解析

太阳能光伏发电系统的储能与消纳技术解析

太阳能光伏发电系统的储能与消纳技术解析

太阳能光伏发电系统作为一种可再生能源的代表,具有环保、可持续等优势,受到了广泛关注。然而,由于其不稳定的发电特性,如天气变化、日照强度等因素的影响,导致了储能与消纳成为太阳能光伏发电系统中的重要问题。本文将对太阳能光伏发电系统的储能与消纳技术进行解析。

一、储能技术

太阳能光伏发电系统的储能技术是解决其不稳定发电问题的关键。目前常见的储能技术主要包括电池储能、压缩空气储能和储热技术。

1. 电池储能技术

电池储能技术是目前应用最广泛的储能技术之一。常见的电池储能技术包括锂离子电池、铅酸电池和钠硫电池等。这些电池储能技术具有高能量密度、长寿命和高效率等优势,能够有效地储存太阳能光伏发电系统产生的电能,并在需要时释放出来。

2. 压缩空气储能技术

压缩空气储能技术是一种将电能转化为压缩空气,并将其储存起来的技术。通过将空气压缩储存于储气罐中,当需要释放能量时,通过放松压缩空气,驱动涡轮机发电。这种储能技术具有高效率、长寿命和环保等特点,适用于大规模储能。

3. 储热技术

储热技术是一种将太阳能光伏发电系统产生的电能转化为热能,并将其储存起来的技术。常见的储热技术包括熔盐储热和水蓄热等。这些储热技术能够将电能转化为热能,储存于储热介质中,并在需要时释放出来,用于供热或发电。

二、消纳技术 太阳能光伏发电系统的消纳技术是解决其发电过剩问题的关键。目前常见的消纳技术主要包括储能消纳、电网消纳和分布式消纳。

1. 储能消纳技术

储能消纳技术是将太阳能光伏发电系统产生的电能存储起来,以供日后使用。通过将电能转化为其他形式的能量,如压缩空气、热能等,并将其储存起来,以供太阳能光伏发电系统在夜间或天气不好时使用。这种消纳技术能够有效地解决太阳能光伏发电系统发电过剩的问题。

2. 电网消纳技术

电网消纳技术是将太阳能光伏发电系统产生的电能直接注入电网中,以供其他用户使用。通过与电网连接,太阳能光伏发电系统可以将多余的电能输送到电网中,以供其他用户使用。这种消纳技术能够有效地解决太阳能光伏发电系统发电过剩的问题,并实现能源共享。

浅谈太阳能光热发电系统技术及应用

浅谈太阳能光热发电系统技术及应用

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浅谈太阳能光热发电系统技术及应用

作者:王御风

来源:《城市建设理论研究》2013年第33期

【摘要】进入21世纪以后,全球对太阳能光热发电系统技术的研究越来越深入,应用也更加广泛。本文介绍了太阳能光热发系统技术,分析了几种太阳能光热发电系统的应用现状,最后,对太阳能光热发电系统技术的发展趋势进行了预测。

【关键词】太阳能;光热发电系统;技术;应用

中图分类号:TK511文献标识码: A

前言

目前,世界各国开始慢慢重视太阳能光热发电系统技术的应用,但是,技术水平还有待于提高,太阳能的利用效能也有待于提高。所以,研究太阳能光热发电系统技术还非常有必要。

1太阳能光热发电系统技术

1.1太阳能发电系统分类

目前,较为成熟的太阳能发电技术是太阳能光伏发电和太阳能光热发电。太阳能光热发电技术又分为塔式太阳能光热发电、槽式太阳能光热发电和碟式太阳能光热发电。目前槽式和塔式太阳能光热发电站实现了商业化示范运行,而碟式发电系统仍处于示范阶段。

1.2槽式太阳能光热发电系统

利用槽式抛物面聚光器聚光的太阳能光热发电系统简称分散型系统。

该系统一般由聚光集热装置、蓄热装置、热机发电装置和辅助能源装置(如锅炉)等组成(图1)。槽式抛物面将太阳光聚在一条线上,在这条焦线上安装管状集热器,以吸收聚焦的太阳辐射能,常将众多的槽式聚光器串并联成聚光集热器阵列。槽式聚光器对太阳辐射进行一维跟踪。

图1为90年代投产的SEGSI电站太阳能光热发电系统示意图,该系统采用双回路设计,集热油回路和动力蒸汽回路分离,经过一系列换热器交换热量,利用导热油作为

集热介质,293℃的低温导热油从储油罐中泵入槽式太阳能集热场,被加热到391℃,然后依次通过再热器、过热器、蒸发器、预热器等,将收集到的太阳热能交换给动力回路中的蒸汽,产生10.4MPa/370℃的过热蒸汽,进入汽轮机中做功。 龙源期刊网

我国太阳能光热发电的现状研究及投资策略

我国太阳能光热发电的现状研究及投资策略

- 1 - 我国太阳能光热发电的现状研究及投资策略

随着全球对环境问题的日益关注,太阳能光热发电作为一种绿色能源,受到了越来越多的关注。中国作为世界上最大的能源消费国之一,也开始大力发展太阳能光热发电。本文将从我国太阳能光热发电的现状入手,探讨其投资策略。

一、我国太阳能光热发电的现状

1.1 发展历程

太阳能光热发电是利用太阳能将光能转化为热能,再将热能转化为电能的一种发电方式。我国太阳能光热发电的发展历程可以追溯到上世纪80年代。当时,我国研制出了第一台太阳能热发电试验装置,但是由于技术水平不够,无法实现商业化应用。随着技术的不断进步,我国太阳能光热发电在21世纪初开始进入快速发展阶段。2006年,中国科学院沈阳自动化研究所研制出了国内第一台具有自主知识产权的太阳能光热发电系统,标志着我国太阳能光热发电技术已经具备了商业化应用的条件。

1.2 现状分析

目前,我国太阳能光热发电已经进入了快速发展期。截至2021年底,我国太阳能光热发电装机容量已经超过了2.5GW,占全球总装机容量的20%以上。其中,甘肃省的“光伏+储能+光热”等多种形式的太阳能发电项目已经成为了全球最大的太阳能光热发电基地之一。此外,我国在太阳能光热发电技术研发、产业化等方面也取得了一系列重要的进展。例如,我国已经研制出了多种类型的太阳能光热发电 - 2 - 系统,包括塔式、槽式、盘式等多种形式,实现了技术上的多样化。同时,我国太阳能光热发电产业链逐步完善,从原材料、组件制造到系统集成等方面都已经建立了一定的产业基础。

1.3 发展前景

随着我国能源结构调整和可再生能源发展的加速推进,太阳能光热发电的发展前景非常广阔。根据国家能源局发布的《能源发展“十四五”规划纲要》,到2025年,我国太阳能光热发电装机容量将达到10GW以上,到2030年将达到15GW以上。同时,我国将继续加大对太阳能光热发电技术研发和产业化的支持力度,推进技术创新和产业升级,进一步提升太阳能光热发电的竞争力和市场占有率。

太阳能供热采暖技术现状与发展

太阳能供热采暖技术现状与发展

太阳能供热采暖技术现状与发展

摘要:面对中国日益紧张的环境问题,中国逐步加大了新清洁能源的开发和应用。太阳能水源热泵系统是一种新型高效节能环保系统。太阳能与热泵联合供暖可以发挥各自的优势,弥补单一供暖形式的不足,提高供暖的稳定性和系统运行性能。鉴于此,本文对太阳能水源热泵系统的工作原理和具体应用进行了研究,以供参考。

关键词:太阳能水源热泵;工作原理;应用方法

1太阳能热泵供暖技术概述

太阳能热泵供热技术实际上是太阳能技术与热泵供热技术的有机结合。通过综合利用太阳能、浅层地能等可再生能源,调节建筑内部温度,智能控制建筑供暖系统。

1.1工作原理

太阳能热泵供热技术的工作原理有其独特的亮点,即综合利用太阳能和浅层地能实现全天候供热。根据太阳能集热器与热泵蒸发器的连接方式,太阳能热泵供暖系统分为直接膨胀式和非直接膨胀式。直接膨胀式太阳能热泵供暖系统中的太阳能集热器直接与热泵蒸发器连接,而非直接膨胀式太阳能热泵供暖系统通过介质将太阳能集热器与热泵蒸发器连接。工作原理:太阳能集热器吸收热量,热泵蒸发器从集热器中提取热量并加热以加热或制备热水。在正常天气条件下,启动太阳能收集器可以收集热能并使用太阳能加热或制备热水。如果是阴天或下雨天,可以使用浅层地面能源作为太阳能的补充,这也可以确保建筑供暖或热水制备的可持续性。

1.2结构设计 太阳能热泵供热系统主要包括三个部分:太阳能供热总成、地能运行转换总成和风机盘管供能总成。系统采用模块化结构,可扩展性强,灵活性高,维护简单方便,维护不影响正常运行。

1.3工艺流程

太阳能热泵供暖系统的整个运行过程采用智能控制技术,自动控制系统的运行基本上不需要人工操作。在日照较少且无法满足太阳能集热器热能需求的天气条件下,系统自动启动热泵系统,通过地面能源补充太阳能。在太阳能充足的情况下,自动关闭热泵系统。通过智能控制装置对整个系统的工艺流程进行控制,节能效果良好。

1.4技术特征

太阳能热发电发展现状及趋势

太阳能热发电 

发展现状及趋势 

太阳能热发电是将太阳能转化 

为热能,通过热功转化过程发电的技 

术…。利用这种技术的电站被称为太 

阳能热发电站。根据聚光方式的不同, 

主流的太阳能热发电技术分为塔式太 

阳能热发电、槽式太阳能热发电、碟式 

太阳能热发电和线性菲涅耳式太阳能 

热发电4种形式。 

太阳能热发电的主要特点包括: 

①利用太阳直射辐射(DNI)。和光伏 

发电不同,太阳能热发电利用太阳直 

射辐射,这部分阳光在大气中不会因 

为云、雾和灰尘而偏离,以平行光直接 

到达地球表面 。②光学聚光比是太阳 

能热发电站的基本设计参数。光学聚 

光比是聚集到吸热器采光口平面上的 

平均辐射功率密度与进入聚光场采光 ■文/杜风丽 中国科学院太阳能热利用及光伏系统重点实验室 

太阳能光热产业技术创新战略联盟 

口的太阳法向直射辐照度之比。一般 

来讲,光学聚光比越大,太阳能热发电 

系统的集热温度就越高,系统发电效 

率也就越高。碟式太阳能热发电系统 

的光学聚光比最高,在600~3000范 

围内,塔式太阳能热发电的光学聚光 

比在300~1000范围内,线性菲涅耳 

式太阳能热发电的光学聚光比在150 

以下,抛物面槽式太阳能热发电的光 

学聚光比相对较低,一般不超过100。 

②采用常规的汽轮机或燃气轮机进行 

热功转换驱动发电机发电。这和火力 发电类似,只是太阳能热发电利用太 

阳能产生热能。④系统发电功率相对 

平稳可控。太阳能资源具有间歇性和 

不稳定性的特点,白天天气的变化会 

引起以太阳能资源作为输入能源的发 电系统发电出力大幅波动,这对电力 

系统实时平衡和安全稳定运行带来了 

挑战。太阳能热发电站带有大容量储 

热装置,在白天日照强烈时,系统可将 

多余的热量储存起来,避免发电出力 

超出电网需求;在云层遮日等光照减 

弱时,可及时利用储热装置中积蓄的 

热量,向动力发电设备进行热量补充。 

向电网供应稳定、灵活的电力是太阳 

能热发电最大的优点。 

除了带有大规模储热装置外,太 

太阳能光热发电站储热传热用工作介质技术要求 熔融盐-最新国标

I目次

1范围............................................................................................................................................................................1 2规范性引用文件........................................................................................................................................................1 3术语和定义................................................................................................................................................................1 4技术要求.....................................................................................................................................................................1 5试验方法....................................................................................................................................................................2 6检验规则....................................................................................................................................................................3 7包装、运输和贮存.....................................................................................................................................................4 附录A(规范性)熔点的测定.................................................................................................................................5 附录B(规范性)分解温度的测定.........................................................................................................................7 附录C(规范性)比热容的测定...........................................................................................................................10 附录D(规范性)熔融盐腐蚀性能试验...............................................................................................................12太阳能光热发电站储热/传热介质技术要求

关于太阳能光热发电熔融盐储热技术的分析

路漫漫其修远兮,吾将上下而求索 -

百度文库

11 关于太阳能光热发电熔融盐储热技术的分析

选题说明

目前来看,作为集中发电用途,光热发电较光伏发电有着成本低、工作稳定、电网设施要求低的优势。同时,光热发电有槽式聚光、塔式聚光和太阳池等多种形式,各地可以因地制宜,减少工程成本。因此,目前规模太阳能发电绝大多数都是光热发电形式。

作为新能源,太阳能也有着发电功率易受外界条件影响、发电品质差的缺点。为了较少电网功率波动,提高新能源竞争力,对大规模储能技术进行探索是非常必要的。

所以本文在这里以光热发电技术为对象分析熔融盐储能技术的优势与不足。

一、两种主要光热发电技术工作原理简介

槽式太阳能热发电

如图1槽式热发电利用反光镜将太阳光光线聚焦到集热管中,加热管中的盐,一般是硝酸钾、硝酸钠,也有使用导热油传导热的。反光镜开口可达4米,而集热管直接只有几厘米,所以集热管内温度可以接近400摄氏度,是比较优质的发电热源。

经过熔融盐泵的泵送,高温熔融盐汇集在热盐储存罐中,再输入正起蒸汽发生装置(未画出)产生高温蒸汽,蒸汽推动透平旋转做功后降温后再次循环到蒸汽发生器。而冷盐则储存的冷盐储存罐中,之后由泵泵送回集热管中加热。

图1 槽式太阳能热发电示意图 图2 塔式太阳能热发电示意图 路漫漫其修远兮,吾将上下而求索 -

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22 塔式太阳能热发电

如图2,塔式热发电也是利用反光镜聚集光线产生高温,只是其采用平面镜阵列远距离点聚光方式,聚光效率要低于近距离线聚光;但这种方式产生的温度较高(500摄氏度以上),作为发电热源更为优质,同时也有利于后面要提到的热蓄电。

其发电原理也与槽式相同,通过泵送熔融盐在热盐储存罐、冷盐储存罐以及聚光加热装置中循环,并在换热器中将热量传递给水,水蒸气推动透平发电,也构成一个封闭回路。

槽式热发电不需要高大的塔结构,聚光效率也更高;而塔式热发电无需复杂的管网结构,热量损失较低。关于三种主要的光热发电数据摘自文献1,如表1。

太阳能热化学储能技术的研究及应用

太阳能热化学储能技术的研究及应用

随着气候变化和环境问题的加剧,自然界的资源变得越来越紧缺,加之人们对能源的需求日益增长,发展清洁、可再生的能源成为了摆在全球人类面前的重要课题。太阳能作为一种无限的清洁能源,被越来越多的国家和机构所重视。为了使太阳能得到更好的利用,科学家们致力于研究和开发各种太阳能储能技术,其中太阳能热化学储能技术是一个备受瞩目的领域。

什么是太阳能热化学储能技术?

太阳能热化学储能技术是一种利用太阳能对储能材料进行加热并充分吸收太阳能的过程,将光能转化为热能,并将热能储存在相变材料中,当需要释放时再将储存的热能释放出来。相比于传统的太阳能热能储存技术,太阳能热化学储能技术具有更高的能量密度和更长久的储存时间,同时还能够充分利用太阳能,并将其转化为可靠的电力。

如何实现太阳能热化学储能技术?

实现太阳能热化学储能技术主要需要两个步骤:储能和释能。

储能:太阳能热化学储能技术的关键在于储能材料的选择。这种材料可以分为两类:化学变化储热材料和相变储热材料。化学变化储热材料是指在加热的过程中,通过化学反应产生储热效果,因此可以称之为化学反应储能材料。相变储热材料则是指在加热的过程中,通过物质相变所吸收的能量来储存、释放热量,因此可以称之为相变储能材料。对于储存热量大约在100℃到200℃之间的太阳能,可以使用相变储能材料,而对于需要储存热量在200℃到400℃之间的太阳能,可以使用化学变化储热材料。

释能:释能过程是将储存的热能转化为电能的过程。在太阳能热化学储能技术中,将释放的热能转化为电能主要有两种方式:热发电和温差发电。热发电是指将储存的热能直接转化为电能的过程,其中最常见的方法是利用塔式太阳能热塔提升温度,驱动涡轮机发电。而温差发电是指利用材料的热电效应将储存的热能转化为电能,其中最常见的应用是锗硅(III-V族)热电材料技术。

太阳能热化学储能技术的应用前景

太阳能热化学储能技术将太阳能转化为可靠的电力,具有广泛的应用前景。在太阳能热化学储能技术的应用方面,与国内相关领域的科学家和机构相比,发达国家的研究成果已较丰富。在德国,柏林的曼弗雷德·柯帕研究所科学家发表了一篇名为《向更高效率的太阳能储存迈进》的研究论文,该论文介绍了他们利用磷酸盐盐体系储存热能的太阳能热化学储能技术,这种技术的热效能达到了95%以上。而在美国,伊利诺伊大学香槟分校的研究团队也曾成功地开发了类似的太阳能热化学储能技术,论文发表于Nature Communications。

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