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熔鹽儲能:跨界應用亟需解決三大難題
發布者:xylona | 來源:光熱家 | 0評論 | 3796查看 | 2024-05-20 09:22:22    

目(mu)前,熔鹽儲能(neng)作為長時(shi)高安全(quan)、大(da)容量(liang)、低(di)成(cheng)本(ben)、大(da)規模、易回收的(de)新型(xing)儲能(neng)技術領域,在光(guang)熱發電熔鹽儲能(neng)核心(xin)領域之外(wai),正快速從示范應用到新型(xing)儲能(neng)彎道超車(che)的(de)加速度(du)跨界崛起。熔鹽儲熱應用新型(xing)儲能(neng)技術崛起東方,已勢(shi)不可擋后來居上(shang),加速助(zhu)力(li)新型(xing)電力(li)系統風(feng)電光(guang)伏可再生能(neng)源(yuan)(yuan)綠電的(de)消納,構(gou)建以新能(neng)源(yuan)(yuan)增(zeng)長和化(hua)石(shi)能(neng)源(yuan)(yuan)減(jian)少,利用熔鹽儲能(neng)供(gong)熱和發電技術的(de)優勢(shi)增(zeng)減(jian)掛(gua)鉤(gou),為燃(ran)煤(mei)燃(ran)氣鍋爐(lu)碳排(pai)放雙控新舊動能(neng)轉換提供(gong)現階段最(zui)佳解決(jue)路徑。


熔鹽儲能從成熟(shu)的光(guang)熱發電技術(shu)跨(kua)(kua)界應用,目前還亟(ji)需(xu)破解(jie)技術(shu)跨(kua)(kua)界的三大難題。


首先,二元熔鹽和三元熔鹽(其他新型熔鹽)應用溫度范圍的差異,低(di)溫區粘度變(bian)大,這是熔(rong)鹽的特性,也是需要重(zhong)點(dian)突破的低(di)熔(rong)點(dian)創新發展的攻克難題。


低(di)溫(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)難題(ti)似乎沒有高(gao)(gao)溫(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)嚴峻,低(di)溫(wen)(wen)無非(fei)是(shi)(shi)粘性大(da)(da),增加泵的(de)(de)(de)(de)(de)功耗,只(zhi)要溫(wen)(wen)度上(shang)來(lai)相(xiang)關問題(ti)迎刃而解(jie)。至于(yu)上(shang)限高(gao)(gao)溫(wen)(wen)或(huo)(huo)者說(shuo)局部超溫(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)(de)后(hou)果影響(xiang),可(ke)能(neng)會給整個系(xi)統(tong)和(he)項目帶來(lai)不(bu)可(ke)估量的(de)(de)(de)(de)(de)安(an)全(quan)技(ji)術(shu)風險。從首批光(guang)熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)示范(fan)項目應用(yong)情況(kuang)下來(lai),更(geng)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)度上(shang)限的(de)(de)(de)(de)(de)選擇應該(gai)是(shi)(shi)565℃、還(huan)是(shi)(shi)575℃、或(huo)(huo)者550℃?到底多少(shao)度會更(geng)合理,還(huan)需(xu)要根據熔鹽(yan)(yan)使(shi)用(yong)過(guo)程中的(de)(de)(de)(de)(de)性能(neng)變(bian)化,重新科(ke)學評估分析(xi)研(yan)(yan)究(jiu),參考意大(da)(da)利ENEA通過(guo)對(dui)二(er)元熔鹽(yan)(yan)(硝(xiao)酸(suan)鉀40%、硝(xiao)酸(suan)鈉60%)經過(guo)10000小時試驗(yan)分析(xi)研(yan)(yan)究(jiu),溫(wen)(wen)度超過(guo)550℃后(hou)會有少(shao)量的(de)(de)(de)(de)(de)亞(ya)硝(xiao)酸(suan)根離(li)子釋(shi)出,亟(ji)需(xu)針(zhen)對(dui)首批示范(fan)項目的(de)(de)(de)(de)(de)現有熔鹽(yan)(yan)產(chan)品進行跟(gen)蹤測試,分析(xi)研(yan)(yan)究(jiu)是(shi)(shi)否(fou)出現亞(ya)硝(xiao)酸(suan)根離(li)子變(bian)化的(de)(de)(de)(de)(de)情況(kuang)發(fa)(fa)生(sheng)。如(ru)果是(shi)(shi),又(you)如(ru)何(he)優(you)化設(she)計(ji)(ji)分析(xi)找(zhao)到產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)真正原(yuan)因,更(geng)是(shi)(shi)現階段和(he)接下來(lai)熔鹽(yan)(yan)儲能(neng)領域的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)技(ji)術(shu)研(yan)(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)重點課題(ti),“勿以惡小(技(ji)術(shu)指標(biao)(biao)超標(biao)(biao)一(yi)點點)而為(wei)之(zhi)”,放任不(bu)管未來(lai)熔鹽(yan)(yan)技(ji)術(shu)變(bian)化風險影響(xiang)嗎?分析(xi)研(yan)(yan)究(jiu)亞(ya)硝(xiao)酸(suan)根離(li)子超標(biao)(biao)對(dui)于(yu)熔鹽(yan)(yan)儲能(neng)電(dian)(dian)站運行過(guo)程中可(ke)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)潛在(zai)風險,是(shi)(shi)接下來(lai)需(xu)要科(ke)研(yan)(yan)機(ji)構和(he)電(dian)(dian)站運營(ying)方,以及熔鹽(yan)(yan)材料(liao)商,設(she)計(ji)(ji)院等共同尋找(zhao)熔鹽(yan)(yan)儲能(neng)大(da)(da)規模高(gao)(gao)質(zhi)量發(fa)(fa)展(zhan)道路上(shang)重點研(yan)(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)課題(ti)之(zhi)一(yi)。


針對亞(ya)(ya)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)的(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)分(fen)解(jie)風險(xian),能夠(gou)降低熔鹽(yan)更(geng)低熔點的(de)(de)(de)優勢,熔鹽(yan)的(de)(de)(de)熱(re)物性(xing)會相對更(geng)穩定的(de)(de)(de)現(xian)實(shi)矛盾,如(ru)何解(jie)決跨界(jie)應(ying)用到(dao)火電機(ji)組領(ling)域(yu)的(de)(de)(de)溫(wen)度匹配適應(ying)性(xing),需(xu)要快速研發一種替(ti)代新型熔鹽(yan)刻不容緩,動(dong)輒上萬噸的(de)(de)(de)規模(mo)(mo),亞(ya)(ya)硝(xiao)酸(suan)鈉超過(guo)430℃出(chu)現(xian)少量分(fen)解(jie)的(de)(de)(de)難題是目(mu)前的(de)(de)(de)最(zui)大(da)風險(xian)點,如(ru)何控制(zhi)加熱(re)模(mo)(mo)溫(wen)避免超溫(wen)影響,理(li)論設(she)計上面可能不存在風險(xian),實(shi)際運行就需(xu)要設(she)計做到(dao)萬無一失的(de)(de)(de)應(ying)急處理(li)方案,新興(xing)產業帶來新的(de)(de)(de)難題,只(zhi)有實(shi)踐(jian)和運行才能出(chu)現(xian)和找到(dao)解(jie)決辦法。科技創新如(ru)何能夠(gou)適用應(ying)用需(xu)求,如(ru)何創新去除亞(ya)(ya)硝(xiao)酸(suan)鈉是當(dang)下熔鹽(yan)新材料領(ling)域(yu)亟需(xu)實(shi)踐(jian)攻克的(de)(de)(de)難題。


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圖(tu)1國內(nei)首個燃煤(mei)機(ji)組耦合熔鹽儲能供熱和發電調峰調頻供熱示范


其次,熔鹽儲能跨界應用新三防。如(ru)果說之(zhi)前(qian)設計的(de)(de)(de)(de)防(fang)(fang)(fang)(fang)(fang)凝和防(fang)(fang)(fang)(fang)(fang)超溫(wen)是(shi)(shi)目(mu)前(qian)階(jie)段重點考(kao)慮(lv)的(de)(de)(de)(de)問題,新的(de)(de)(de)(de)第三(san)防(fang)(fang)(fang)(fang)(fang),可(ke)能要落到大(da)(da)家(jia)之(zhi)前(qian)在(zai)光熱發電(dian)領域未考(kao)慮(lv)到的(de)(de)(de)(de)或者(zhe)(zhe)之(zhi)前(qian)的(de)(de)(de)(de)應用場(chang)景(jing)不太需(xu)要考(kao)慮(lv)的(de)(de)(de)(de)問題。防(fang)(fang)(fang)(fang)(fang)水(shui)或者(zhe)(zhe)說防(fang)(fang)(fang)(fang)(fang)洪(hong)水(shui)更(geng)精準一(yi)點,考(kao)慮(lv)到應用場(chang)景(jing)的(de)(de)(de)(de)不斷變化,從西北地(di)區的(de)(de)(de)(de)沙漠、戈壁(bi)、荒灘逐漸應用到東(dong)部的(de)(de)(de)(de)火電(dian)廠、工業園區等(deng),地(di)理位(wei)置的(de)(de)(de)(de)跨(kua)界應用變化,勢必會(hui)出現(xian)新的(de)(de)(de)(de)防(fang)(fang)(fang)(fang)(fang)水(shui)特別是(shi)(shi)防(fang)(fang)(fang)(fang)(fang)洪(hong)水(shui)考(kao)量。比(bi)如(ru)有些(xie)電(dian)站(zhan)建(jian)(jian)設在(zai)松花江(jiang)、嫩江(jiang)兩(liang)江(jiang)流(liu)域,在(zai)這類地(di)區建(jian)(jian)設的(de)(de)(de)(de)光熱電(dian)站(zhan)熔(rong)鹽(yan)儲能系統就(jiu)可(ke)能需(xu)要考(kao)慮(lv)到防(fang)(fang)(fang)(fang)(fang)水(shui)和防(fang)(fang)(fang)(fang)(fang)洪(hong)水(shui)的(de)(de)(de)(de)設計要點。避(bi)免因熔(rong)鹽(yan)儲罐(guan)遭遇(yu)洪(hong)水(shui)的(de)(de)(de)(de)無情浸泡,可(ke)能帶來的(de)(de)(de)(de)熔(rong)鹽(yan)儲罐(guan)形成較(jiao)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)“內熱外冷”溫(wen)差,對于(yu)儲罐(guan)設備的(de)(de)(de)(de)應力變形可(ke)能會(hui)遭遇(yu)焊縫開(kai)裂,導致熔(rong)鹽(yan)儲罐(guan)的(de)(de)(de)(de)泄(xie)漏風險,當然針對二元(yuan)熔(rong)鹽(yan)來說如(ru)果泄(xie)漏到水(shui)里(li)并不會(hui)造成大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)危害(hai)。如(ru)果是(shi)(shi)三(san)元(yuan)熔(rong)鹽(yan)(指(zhi)含40%亞硝酸鈉)出現(xian)泄(xie)漏到水(shui)里(li)面的(de)(de)(de)(de)話,那(nei)就(jiu)會(hui)造成很(hen)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)水(shui)生環境破(po)壞,主要原因是(shi)(shi)亞硝酸鈉有毒性:屬于(yu)危害(hai)水(shui)生環境物質的(de)(de)(de)(de)危險類別,急(ji)性毒性類別1,96小時(shi),LC50(魚類)。如(ru)果一(yi)旦出現(xian)泄(xie)漏可(ke)能會(hui)對水(shui)生環境的(de)(de)(de)(de)破(po)壞造成很(hen)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)影響,


如此以(yi)來(lai),就需要針對新(xin)型熔鹽儲能(neng)跨界應用(yong)(yong)過程中(zhong),針對不同地區的(de)(de)應用(yong)(yong)場景,在(zai)設計階段需要考(kao)慮到新(xin)的(de)(de)防水(shui)或者(zhe)防洪水(shui)的(de)(de)要求,以(yi)利于客(ke)戶能(neng)在(zai)一個新(xin)型熔鹽儲能(neng)電(dian)站(zhan)的(de)(de)可(ke)(ke)研過程中(zhong),增(zeng)加(jia)上之前(qian)被忽(hu)視或者(zhe)不重點(dian)考(kao)慮的(de)(de)問題(ti)點(dian)。可(ke)(ke)能(neng)也是影響(xiang)整個熔鹽儲能(neng)電(dian)站(zhan)全生命周期穩定運行(xing)的(de)(de)關鍵因素。


5.20 002.jpg

圖(tu)2熔鹽儲能(neng)系統示意(yi)圖(tu)


最后,新型熔鹽技術如何低熔點、去鈉的新思維。面對(dui)(dui)新(xin)的(de)(de)(de)(de)難(nan)題(ti)和問題(ti),熔鹽(yan)儲(chu)(chu)能(neng)新(xin)材料(liao)的(de)(de)(de)(de)高質量發(fa)展(zhan),是(shi)(shi)否一定是(shi)(shi)“寬(kuan)(kuan)溫域”、“更高溫”熔鹽(yan)這一科(ke)技(ji)創(chuang)新(xin)研(yan)(yan)發(fa)方向呢?從科(ke)學技(ji)術(shu)研(yan)(yan)究角度(du)這個是(shi)(shi)不需(xu)要(yao)懷疑(yi)的(de)(de)(de)(de),需(xu)要(yao)一個長(chang)期(qi)的(de)(de)(de)(de)過程。寬(kuan)(kuan)溫域就需(xu)要(yao)相(xiang)關儲(chu)(chu)能(neng)設(she)(she)備(bei)(bei)材料(liao)、設(she)(she)備(bei)(bei)、管道、泵、閥等協同技(ji)術(shu)都要(yao)跟得上(shang),特別是(shi)(shi)未來(lai)槽式熔鹽(yan)導熱(re)傳熱(re)儲(chu)(chu)熱(re)技(ji)術(shu)上(shang)面,務必要(yao)考(kao)慮到(dao)寬(kuan)(kuan)溫域,對(dui)(dui)于回轉接頭的(de)(de)(de)(de)技(ji)術(shu)考(kao)驗,或者(zhe)超出了(le)熔鹽(yan)難(nan)度(du)的(de)(de)(de)(de)本(ben)身,一個卡(ka)脖子(zi)點就將讓所有的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)發(fa)應用無(wu)法(fa)順利進行下去,如果短期(qi)內沒(mei)有辦法(fa)解(jie)決好系統裝(zhuang)備(bei)(bei)難(nan)題(ti),很難(nan)形成(cheng)(cheng)規(gui)模化(hua)應用的(de)(de)(de)(de)機會,最終只(zhi)是(shi)(shi)停留在配方或者(zhe)試驗室,沒(mei)有經濟性市場化(hua)的(de)(de)(de)(de)驅動,還是(shi)(shi)比較難(nan)有高質量規(gui)模化(hua)發(fa)展(zhan),更別說創(chuang)新(xin)的(de)(de)(de)(de)初(chu)衷是(shi)(shi)為了(le)降低成(cheng)(cheng)本(ben)。


針(zhen)對可再生能源高比例(li)發(fa)展(zhan),熔(rong)鹽儲能規模化需(xu)要的(de)(de)(de)未(wei)來(lai),關鍵還是(shi)亟需(xu)解(jie)決當下的(de)(de)(de)現(xian)實(shi)難題,常(chang)規的(de)(de)(de)二元熔(rong)鹽如何破解(jie)是(shi)否是(shi)超溫造(zao)成的(de)(de)(de)硝酸(suan)鈉(na)(na)分解(jie)產生的(de)(de)(de)亞硝酸(suan)根(gen)離子,還是(shi)其他原(yuan)因,是(shi)否后(hou)續難題會(hui)逐步頻繁(fan)造(zao)成系統安(an)全技術風(feng)險。破解(jie)的(de)(de)(de)方法是(shi)否就是(shi)需(xu)要去除(chu)硝酸(suan)鈉(na)(na)由一種(zhong)新的(de)(de)(de)材料來(lai)替代(dai)呢?還是(shi)降低高溫的(de)(de)(de)運行參數來(lai)解(jie)決來(lai)的(de)(de)(de)更現(xian)實(shi)都需(xu)要大家(jia)的(de)(de)(de)共同研究。


熔鹽(yan)儲(chu)能(neng)跨界應(ying)用(yong)(yong)技(ji)術研究(jiu)是當下破解三(san)元熔鹽(yan)(指含40%亞(ya)硝酸鈉(na))超(chao)溫(wen)影響(xiang)的(de)(de)(de)重要(yao)措施,如何用(yong)(yong)新(xin)型材料替換亞(ya)硝酸鈉(na)也是亟需(xu)解決(jue)難題(ti)的(de)(de)(de)思(si)路(lu)(lu),有(you)效(xiao)去除(chu)風險(xian)材質,有(you)效(xiao)降低高(gao)溫(wen)段的(de)(de)(de)使用(yong)(yong)溫(wen)度也是一種解決(jue)路(lu)(lu)徑。技(ji)術風險(xian)、環境風險(xian)、經濟性、適(shi)應(ying)性是熔鹽(yan)儲(chu)能(neng)跨界應(ying)用(yong)(yong)路(lu)(lu)上的(de)(de)(de)溝(gou)溝(gou)坎(kan)坎(kan),需(xu)要(yao)設計院、研究(jiu)機構、熔鹽(yan)材料制造商、高(gao)校(xiao)研究(jiu)團隊、項目(mu)業主或者運(yun)維團隊,共同根據(ju)熔鹽(yan)儲(chu)能(neng)項目(mu)的(de)(de)(de)更多應(ying)用(yong)(yong),盡(jin)速盡(jin)早找(zhao)出更佳(jia)匹配方案。


熔鹽儲能(neng)跨界應用的路途中,難免需要(yao)克服(fu)一(yi)些適應性(xing)、經(jing)濟性(xing)、創新性(xing)的難題(ti),只(zhi)要(yao)及(ji)早(zao)發現問題(ti),找到問題(ti)的解決辦(ban)法,相信逐步會加速(su)助(zhu)力(li)新型電力(li)系統(tong)建設,為構建新型能(neng)源體系建設做成(cheng)更(geng)大貢獻。

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