中國儲能網(wǎng)訊:在光熱電站開發(fā)中，熔鹽作為一種性能較好的傳熱、儲熱工作介質(zhì)，已成為當(dāng)前光熱電站實現(xiàn)長時間穩(wěn)定發(fā)電的重要保障。但其同時也面臨著易凍堵、價格波動較大等應(yīng)用障礙。
熔鹽儲熱漸成主流
已經(jīng)在多個實際電站項目中有應(yīng)用的傳統(tǒng)的熔鹽一般由60%的硝酸鈉和40%的硝酸鉀混合而成，美國和西班牙的多個CSP電站都采用了這種熔鹽。實踐證明，配置儲熱系統(tǒng)可以使光熱發(fā)電與不穩(wěn)定的光伏和風(fēng)電相抗衡。這樣的配置也使CSP電站能夠?qū)崿F(xiàn)24小時持續(xù)供電和輸出功率高度可調(diào)節(jié)的特性，也使其有能力與傳統(tǒng)的煤電、燃?xì)獍l(fā)電、核電的電力生產(chǎn)方式相媲美，具備了作為基礎(chǔ)支撐電源與傳統(tǒng)火電廠競爭的潛力。
一直以來，更多的可應(yīng)用于光熱發(fā)電的儲熱介質(zhì)也在被持續(xù)研究和開發(fā)，但截至目前，還沒有一種可以與熔鹽相媲美。
歷史已經(jīng)證明了熔鹽在光熱電站中的應(yīng)用價值。2009年3月，西班牙Andasol槽式光熱發(fā)電成為全球首個成功運行的，配置熔鹽儲熱系統(tǒng)的商業(yè)化CSP電站。2010年，意大利阿基米德4.9MW槽式CSP電站運行，成為世界上首個使用熔融鹽做傳熱介質(zhì)，并做儲熱介質(zhì)的光熱電站。2011年7月，Torresol能源公司19.9MW的塔式光熱電站Gemasolar全球范圍內(nèi)首次成功實現(xiàn)24小時持續(xù)發(fā)電，這同樣歸功于熔鹽儲熱技術(shù)的應(yīng)用。
伴隨熔鹽儲熱技術(shù)的日漸成熟，越來越多的CSP電站開始使用熔鹽技術(shù)。見下表：
表1:待完成的配置熔鹽儲熱系統(tǒng)的CSP電站列表
除了上表所示，在中國甘肅和青海的兩個50MW的槽式光熱電站項目（中廣核德令哈50MW，華電甘肅金塔50MW)也確定將采用熔鹽技術(shù)。BrightSource也將在其規(guī)劃建設(shè)的Siberia電站和Sonoran West電站項目中采用熔鹽技術(shù)，熔鹽儲熱技術(shù)的應(yīng)用已漸成常態(tài)化。
熔鹽傳熱日漸興起
熔鹽同時作為一種性能較好的傳熱介質(zhì)，工作溫度可達(dá)560攝氏度是傳統(tǒng)的碳?xì)浠衔锖蛯?dǎo)熱油等傳熱介質(zhì)所無法相比的。總的來說，熔融鹽是一種成本低、壽命長、換熱性能好的高溫（大于500℃）、高熱通量（大于105W/m2）和低壓（<2bar）傳熱介質(zhì)。見下表：
表2：多種傳熱介質(zhì)優(yōu)缺點對比
熔融鹽作為傳熱介質(zhì)與導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)的槽式光熱電站原理圖：
圖1：熔鹽和導(dǎo)熱油分別作為傳熱介質(zhì)的CSP電站原理圖
從圖中可以看出，使用熔鹽作為傳熱和儲熱介質(zhì)，可省去一道熱交換工序。高溫熔鹽直接進(jìn)入熔鹽罐后輸出加熱水產(chǎn)生過熱蒸汽發(fā)電。而使用導(dǎo)熱油作傳熱介質(zhì)，熔鹽作儲熱介質(zhì)，則需要導(dǎo)熱油與熔鹽進(jìn)行一次換熱，增加了工序的復(fù)雜度。這將節(jié)約約30%的儲熱系統(tǒng)建設(shè)成本，同時提高了整體換熱性能。
與傳統(tǒng)的傳熱介質(zhì)導(dǎo)熱油相比，熔鹽的工作溫度更高，而且不易燃，無污染，對環(huán)境較友好。
伴隨熔鹽作為傳熱介質(zhì)的研發(fā)應(yīng)用，多個CSP電站也將采用熔鹽作為傳熱工質(zhì)。下表列出了使用熔鹽作傳熱介質(zhì)的CSP電站項目：
表3：待完成的使用熔鹽作傳熱介質(zhì)的CSP電站項目列表
熔鹽的缺點在表2中也已列出，其最大的屬性缺陷在于較高的凝固點，這使其較易造成集熱管管路堵塞。西班牙能源環(huán)境技術(shù)中心的Jesus Fernández-Reche表示，在儲熱罐中，熔鹽的凝固不會引起太大問題，在西班牙已運行電站的熔鹽儲熱系統(tǒng)中，熔鹽罐的溫度每天僅下降約1攝氏度。但在傳熱系統(tǒng)中，熔鹽的凍結(jié)將會造成較大風(fēng)險，嚴(yán)重的可導(dǎo)致槽式電站集熱管的斷裂等。
為克服上述缺點，全球多家單位都在進(jìn)行低熔點熔鹽的研制。挪威Yara國際公司、中國的北京工業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)都宣稱已開發(fā)出低熔點熔鹽，但都尚待實際電站的運行檢驗。
不穩(wěn)定的熔鹽價格
經(jīng)濟(jì)方面，熔鹽的成本一直以來并不太穩(wěn)定，這主要是由于熔鹽的主要組成與化肥的成分相似，其價格較易受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響而波動。
另外，化肥等其他一些產(chǎn)業(yè)需要的鹽的純度與CSP的熔鹽需要并不相符，這意味著需要特殊的生產(chǎn)工序來滿足CSP的應(yīng)用需求。
“這些因素的相互作用使得熔鹽的價格波動很大，范圍從約1美元到10美元1公斤不等。也正因為如此，熔鹽儲熱系統(tǒng)的成本較難預(yù)測。”Fernández表示。
世界上較大的硝酸鹽供應(yīng)商，智利的SQM公司的太陽能業(yè)務(wù)銷售總監(jiān)Giuseppe Casubolo認(rèn)為，全球范圍內(nèi)的化肥需求量的穩(wěn)定將可能使熔鹽的價格趨于穩(wěn)定。
此外，Casubolo還表示，作為光熱發(fā)電用熔鹽的供應(yīng)商，一般都會著眼于這個潛力較大的新興市場，在價格上會給予客戶一定程度的優(yōu)惠來獲得更大的市場份額。“我們已經(jīng)為進(jìn)入并占據(jù)CSP市場做出了一些努力，包括提供優(yōu)惠價”。
對于單個的CSP項目，我們也會與客戶就熔鹽的供應(yīng)簽訂固定價合同，以便客戶可以更清晰地掌控電站的建設(shè)運營風(fēng)險。
供應(yīng)商如果對中長期的全球CSP熔鹽需求市場有更具遠(yuǎn)見的統(tǒng)一的認(rèn)識，他們可以做的更好。比如可以通過定期在CSP行業(yè)內(nèi)發(fā)布熔鹽價格數(shù)據(jù)和趨勢，以便CSP行業(yè)更加準(zhǔn)確地掌握熔鹽市場信息，而非單個項目地逐個去談交易價格。“這樣可能并不能使熔鹽價格快速趨于穩(wěn)定，但至少會有較大的幫助。”Casubolo說道。
