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6月13日，2023中國國際光熱大(da)(da)會暨CSPPLAZA第十(shi)屆年會在浙江杭州盛大(da)(da)召開(kai)，北京兆陽光熱技術有限公司（簡稱“兆陽”）副總經理李維就《兆陽高(gao)溫固(gu)體儲熱技術介紹及(ji)典型應用(yong)》作主題演講(jiang)。

▲北京兆陽光熱技術有(you)限公司副總經理李維(wei)

大規模高溫儲熱產業現狀

李維表示，在(zai)全球的(de)用戶終(zhong)端需求(qiu)中，熱能和冷能約占總(zong)能耗(hao)的(de)一(yi)半，而在(zai)全球能源(yuan)預算中，有(you)90%的(de)能量是圍(wei)繞能源(yuan)的(de)轉換、傳輸和存儲進行的(de)。

上圖是近20年關于(yu)(yu)儲能(neng)的專利和文章(zhang)的數據變化，可以看出每年增長(chang)較(jiao)快。另外(wai)，由2020年各(ge)儲能(neng)技術的占比圖可見(jian)，儲冷和儲熱占比約(yue)40%，由于(yu)(yu)熱力學(xue)電力的約(yue)束，熱都以中間產(chan)物和副產(chan)物的形式(shi)存在(zai)，因此存在(zai)著可被(bei)大量存儲的空間。

李維表示(shi)，顯(xian)(xian)熱(re)儲熱(re)技(ji)術成熟、操作簡單，是(shi)目前應用(yong)最廣泛的(de)(de)儲熱(re)方式之一。顯(xian)(xian)熱(re)儲熱(re)按(an)照(zhao)材料(liao)的(de)(de)物態(tai)可分為固(gu)態(tai)和(he)(he)液(ye)態(tai)。常見的(de)(de)固(gu)態(tai)相變材料(liao)包含混凝土、鎂(mei)磚、鵝卵石等。常見的(de)(de)液(ye)態(tai)顯(xian)(xian)熱(re)材料(liao)包括水、導熱(re)油、液(ye)態(tai)金屬和(he)(he)熔融鹽等。

▲不同儲熱方式的(de)主要特點(dian)

兆陽高溫固體儲熱技術特點

李維介紹，兆陽(yang)固體(ti)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)系統通(tong)(tong)常由多個混凝土(tu)(tu)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)單(dan)(dan)元組合而成，單(dan)(dan)元結構(gou)包括換(huan)熱(re)(re)(re)(re)管(guan)、匹(pi)配(pei)及(ji)(ji)熱(re)(re)(re)(re)擴(kuo)散(san)結構(gou)、混凝土(tu)(tu)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)體(ti)及(ji)(ji)外部保溫層，標準截面(mian)上均勻布置用于熱(re)(re)(re)(re)交(jiao)換(huan)的(de)(de)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)管(guan)路(lu)(lu)，換(huan)熱(re)(re)(re)(re)管(guan)路(lu)(lu)與(yu)混凝土(tu)(tu)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)體(ti)之間通(tong)(tong)過兆陽(yang)專利技術的(de)(de)高導(dao)熱(re)(re)(re)(re)性(xing)能(neng)的(de)(de)匹(pi)配(pei)及(ji)(ji)熱(re)(re)(re)(re)擴(kuo)散(san)結構(gou)相連，在達到儲(chu)(chu)(chu)放過程換(huan)熱(re)(re)(re)(re)功率的(de)(de)同時，又能(neng)有(you)效解決金屬(shu)管(guan)路(lu)(lu)與(yu)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)混凝土(tu)(tu)之間的(de)(de)漲(zhang)縮(suo)尺(chi)寸(cun)匹(pi)配(pei)問題，從而實現(xian)該固體(ti)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)系統的(de)(de)長期安全可(ke)靠工作(zuo)，具有(you)低成本高性(xing)能(neng)的(de)(de)顯著優(you)勢。

他表示，兆(zhao)陽混(hun)凝土技術的主要特點如(ru)下：

（1）安(an)全：混凝土性(xing)能穩定(ding)，無燃燒、爆(bao)炸、環境污染等風(feng)險(xian)，不存在(zai)鍋爐過燒、爆(bao)管的運行(xing)風(feng)險(xian)；

（2）基礎容(rong)量大(da)：每一層混凝(ning)土可知性的溫度波動有限，大(da)概在(zai)40℃、50℃，所以它在(zai)即使儲熱完(wan)成之后還有相當大(da)的熱量儲存(cun)，可以作為啟動電源(yuan)。

（3）原料樸素：原材料為水泥、沙、石(shi)等，來源(yuan)廣泛，整體(ti)成本低；

（4）同時存取：多混凝土模塊可(ke)協調(diao)統一進行蒸汽(qi)熱(re)量(liang)存/取工作；

（5）運(yun)行費(fei)用低：指泵、冷(leng)凝還有人(ren)員費(fei)用都比較低；

（6）模(mo)塊化：混凝土(tu)可模(mo)塊化預制(zhi)生(sheng)產，現場(chang)吊裝連管，縮短施工(gong)工(gong)期。

▲運行原理

上圖是李維(wei)展示的光熱電站級的流程圖。

李維表示，假如(ru)混凝(ning)土共27、28米高，其高度約十(shi)幾層(ceng)，其溫度示意圖則如(ru)下(xia)所示。

“我們可(ke)以看到(dao)它像一個階梯式的，在(zai)儲熱(re)過程整(zheng)體溫度都(dou)在(zai)上升，取熱(re)時整(zheng)體都(dou)在(zai)下降，但是每個人的工作范圍(wei)都(dou)是有限的，所以我們稱之為‘基礎容量大’。其主要的材料是水泥、沙子、石子，來源(yuan)廣泛，比較(jiao)便宜。”

其施工過程如下圖。

▲施工過程

李維(wei)表示(shi)，兆陽(yang)儲(chu)熱混(hun)凝(ning)土的(de)(de)熱物(wu)性(xing)由專業機(ji)構使用進口高品質熱物(wu)性(xing)測(ce)試儀(yi)器進行測(ce)試，結果表明，兆陽(yang)專利配方(fang)儲(chu)熱混(hun)凝(ning)土在(zai)常溫(wen)下綜合導(dao)熱系數(shu)＞2.2W/（m.K），350℃下的(de)(de)綜合導(dao)熱系數(shu)＞1.6W/（m.K），導(dao)熱性(xing)能優良。該性(xing)能指標(biao)混(hun)凝(ning)土的(de)(de)綜合成本較低，完全滿足光熱發電儲(chu)熱要求。

▲儲熱(re)混(hun)凝土(tu)導熱(re)系(xi)數測試結果

李(li)維表(biao)示，兆陽的(de)專利(li)技術(shu)可有效解決(jue)高導(dao)熱性能及膨脹匹配問題，其做(zuo)基礎(chu)研究時，在換熱管(guan)道外(wai)壁的(de)翅片上做(zuo)了很多的(de)研究，仿真、測試(shi)。

測試結果如下圖，包括比(bi)熱(re)容、導(dao)熱(re)系數、密度、線膨脹(zhang)系數、平均抗(kang)壓強度。

▲配方混凝(ning)土基本(ben)熱學(xue)性能指標

▲抗壓強度(du)隨循環次數的變(bian)化曲線

李維表(biao)示，這其中有(you)一(yi)個(ge)特(te)別重要的(de)性能即(ji)取(qu)熱(re)(re)(re)和儲熱(re)(re)(re)的(de)性能，“我(wo)(wo)們(men)(men)稱它為單位長度換熱(re)(re)(re)能力，例如混凝土的(de)平均溫度與管(guan)道(dao)壁面溫差在10℃的(de)情況下單位換熱(re)(re)(re)性能是多(duo)少呢？我(wo)(wo)們(men)(men)設計(ji)是100 W/m，這是由很多(duo)密(mi)密(mi)麻麻的(de)管(guan)道(dao)組成的(de)整體儲熱(re)(re)(re)能力，經(jing)過測試滿(man)足(zu)我(wo)(wo)們(men)(men)的(de)設計(ji)要求。這里面是考量(liang)了全部的(de)縫隙、膨脹還(huan)有(you)運行過程當中一(yi)些(xie)橫向上(shang)的(de)裂縫。”綜合(he)考量(liang)之后，結果如下圖(tu)。

▲單根(gen)管(guan)路儲熱、取熱測試

應用場景及案例分析

應用場景一：光熱電站

以(yi)兆陽張家口15MW光(guang)熱(re)(re)發電項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)-720MWh混凝土固體(ti)儲(chu)熱(re)(re)項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)為例，該項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)鏡廠占地約(yue)85萬(wan)(wan)平米，鏡面面積38萬(wan)(wan)平米，儲(chu)熱(re)(re)介質：耐(nai)高溫混凝土，儲(chu)熱(re)(re)容量720MWh，長*寬*高：36m*27.5m*28m。

技術(shu)(shu)來源：兆陽光熱經濟型高倍菲(fei)涅爾式聚光技術(shu)(shu)、直接蒸汽發生技術(shu)(shu)（DSG）以及耐(nai)熱混凝(ning)土儲(chu)熱技術(shu)(shu)2018年建成項目(mu)一期18萬(wan)平米(mi)鏡面以及全(quan)容量儲(chu)熱體，進行了一系列(lie)性(xing)能(neng)測(ce)(ce)試及試運(yun)，測(ce)(ce)試結果滿足(zu)系統的設計要求，儲(chu)取(qu)熱性(xing)能(neng)滿足(zu)設計要求。

應用場景二：火電站的靈活性改造

李(li)維表示“鍋爐產(chan)生的(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽全部進入汽輪(lun)機，部分(fen)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽通過我們的(de)儲(chu)熱(re)(re)系統進行(xing)儲(chu)熱(re)(re)，有一個模型：7.5MPa的(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽，500℃蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽進行(xing)存(cun)儲(chu)，輸出(chu)1.3MPa300℃，年需求(qiu)量(liang)是(shi)18萬(wan)(wan)噸的(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)汽，我們整體設計的(de)儲(chu)熱(re)(re)容量(liang)是(shi)460MWh，然(ran)后大概為(wei)1萬(wan)(wan)立方(fang)的(de)混凝(ning)土，造價是(shi)5400萬(wan)(wan)元左右，單位體積造價是(shi)117元/kWh。”

應用場景三：電蓄熱向生產型企業供蒸汽

假定年需求蒸(zheng)汽(qi)量為30000t，供汽(qi)時長24h，設(she)備(bei)谷電(dian)(dian)蓄熱時長為8h，蒸(zheng)汽(qi)參數：0.6MPa飽和(he)蒸(zheng)汽(qi)，根(gen)據以上設(she)計參數計算固體電(dian)(dian)蓄熱設(she)備(bei)，其主要參數如下所示：

應用場景四：電蓄熱向小區冬季供暖

據(ju)李維(wei)介紹(shao)，假設一(yi)個供暖(nuan)建筑面積(ji)10萬(wan)㎡，熱負荷按照35W/㎡計算，需(xu)要容量(liang)是56MWh，整體是80m3的混凝土，造價477萬(wan)元(yuan)，單位(wei)體積(ji)造價可達84元(yuan)/kWh。

公司簡介

北京兆陽光(guang)熱(re)(re)技(ji)術有限公(gong)司及其關聯公(gong)司致(zhi)力于太陽能光(guang)熱(re)(re)利用技(ji)術的(de)(de)(de)開發(fa)(fa)及推廣(guang)。公(gong)司的(de)(de)(de)核心團隊由數名清華學子組成，秉(bing)持行勝于言的(de)(de)(de)理念(nian)，經過(guo)近20年的(de)(de)(de)研發(fa)(fa)歷程，形成了一套原創光(guang)熱(re)(re)技(ji)術體系，并具備全(quan)產(chan)業鏈完整(zheng)自主(zhu)知識產(chan)權。

北京(jing)兆(zhao)陽(yang)的(de)類菲(fei)涅爾(er)聚光集熱(re)技(ji)術和大規模儲熱(re)技(ji)術除了(le)整體應(ying)用(yong)于太陽(yang)能熱(re)發(fa)電外，其(qi)組成部分及其(qi)衍生(sheng)產品還(huan)可被單獨應(ying)用(yong)于工業(ye)熱(re)水/蒸汽、火電站靈活性改造、城鎮供(gong)熱(re)、海水淡化、農業(ye)畜牧業(ye)供(gong)熱(re)等領域(yu)，清潔、經濟(ji)、安全。

北京兆陽的全資(zi)(zi)子公司(si)四川蘇(su)能電力(li)工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)設計(ji)有(you)限公司(si)具備電力(li)行(xing)業(ye)(ye)新能源發電、變電工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)、送(song)電工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)、火力(li)發電（含核電站常規島設計(ji)）和(he)建筑(zhu)(zhu)行(xing)業(ye)(ye)（建筑(zhu)(zhu)工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)）等工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)設計(ji)資(zi)(zi)質，以及工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)勘(kan)察(cha)、工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)測量、電力(li)工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)施(shi)工(gong)總承包、建筑(zhu)(zhu)工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)施(shi)工(gong)總承包等系列資(zi)(zi)質，可(ke)從事資(zi)(zi)質證書(shu)許可(ke)范圍內相(xiang)應的建設工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)總承包業(ye)(ye)務。

公司對外提供全套(tao)太陽能光熱(re)技術(shu)(shu)服(fu)務(wu)，承接聚光集熱(re)系統(tong)及(ji)(ji)儲(chu)熱(re)系統(tong)的(de)研發、制造、銷售；并(bing)提供技術(shu)(shu)咨詢、方案解決、光熱(re)電站(zhan)EPC服(fu)務(wu)及(ji)(ji)升級改造、調(diao)試運維等服(fu)務(wu)。