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在10月25日于浙江?湖州召開的2024第五屆中國儲熱大會上，北京兆陽光熱技術有限公司經理王芳出席會議并作《兆陽低成本長時儲熱系統指標及應用》的主題演講。

圖：王芳

以下為演講內容。

各位領導(dao)、嘉賓，大家下午(wu)好，我來自北京(jing)兆陽(yang)光熱技術(shu)有限公(gong)司，今天(tian)的報告題目(mu)是《兆陽(yang)低成本長時儲熱系統指(zhi)標及(ji)應(ying)用(yong)》。報告主要分為四部分：

一、公司簡介

公司介紹

北京兆陽光(guang)熱(re)技(ji)術有限公司及其(qi)關聯公司，致力于(yu)太(tai)陽能光(guang)熱(re)利用技(ji)術的(de)開發及推廣。核(he)心(xin)團隊由數(shu)名清華學子(zi)組(zu)成，秉持行勝于(yu)言的(de)理念，經過(guo)近(jin)20年的(de)研發歷程，形成了一套原創光(guang)熱(re)技(ji)術體系，具備全產(chan)(chan)業鏈完整自主知(zhi)識(shi)產(chan)(chan)權。

類菲涅爾聚(ju)光集熱(re)技術和大規模(mo)儲熱(re)技術，除了整(zheng)體應(ying)用(yong)(yong)于太陽(yang)能熱(re)發電(dian)外，其(qi)組成部分及其(qi)衍(yan)生產(chan)品還可被單(dan)獨應(ying)用(yong)(yong)于工業熱(re)水/蒸汽、火電(dian)站靈活性改(gai)造(zao)、城(cheng)鎮供熱(re)、海水淡化、農(nong)業畜牧業供熱(re)等領域，清潔、經濟、安全。

公司簡介

北(bei)京兆陽的全資(zi)(zi)子公司四(si)川蘇能電(dian)(dian)(dian)力(li)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)設(she)計有限(xian)公司具備電(dian)(dian)(dian)力(li)行業新(xin)能源發(fa)電(dian)(dian)(dian)、變(bian)電(dian)(dian)(dian)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)、送電(dian)(dian)(dian)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)、火力(li)發(fa)電(dian)(dian)(dian)（含核電(dian)(dian)(dian)站常規島設(she)計）和建(jian)筑行業（建(jian)筑工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)）等工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)設(she)計資(zi)(zi)質，以及工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)勘察、工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)測量(liang)、電(dian)(dian)(dian)力(li)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)施工(gong)(gong)(gong)(gong)總(zong)(zong)承(cheng)包(bao)、建(jian)筑工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)施工(gong)(gong)(gong)(gong)總(zong)(zong)承(cheng)包(bao)等系列資(zi)(zi)質，可(ke)從(cong)事資(zi)(zi)質證書許可(ke)范圍(wei)內相應的建(jian)設(she)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)總(zong)(zong)承(cheng)包(bao)業務。

公司對(dui)外提供(gong)全套(tao)太陽能光熱(re)(re)和混(hun)凝土儲熱(re)(re)技(ji)術服務，承接聚光集熱(re)(re)系統(tong)及儲熱(re)(re)系統(tong)的研(yan)發、制造、銷售(shou)；并提供(gong)技(ji)術咨詢、清(qing)潔能源(yuan)供(gong)熱(re)(re)項目(mu)EPC、調試運維等(deng)服務。

資質及榮譽

下面介紹一下我司的資(zi)質以及(ji)榮譽，截至目前，公司授(shou)權的發(fa)明專利(li)42項(xiang)(xiang)，實用(yong)新型專利(li)147項(xiang)(xiang)，其他國家(jia)(jia)專利(li)授(shou)權18項(xiang)(xiang)；主(zhu)編一項(xiang)(xiang)國家(jia)(jia)標(biao)準(zhun)《菲(fei)涅耳式太陽能(neng)光熱(re)發(fa)電站(zhan)技(ji)術(shu)標(biao)準(zhun)》，參(can)編四項(xiang)(xiang)國家(jia)(jia)標(biao)準(zhun)；是國家(jia)(jia)高新、市高新企業、知識產(chan)權示范單(dan)位(wei)；獲(huo)(huo)得的榮譽與課(ke)題(ti)有：格爾木(mu)供熱(re)項(xiang)(xiang)目獲(huo)(huo)得世界(jie)銀(yin)行的資(zi)金(jin)支持(chi)、核(he)心專利(li)獲(huo)(huo)得2022年(nian)電力(li)科技(ji)成果(guo)金(jin)蘋果(guo)獎、聚光集熱(re)技(ji)術(shu)和固體儲(chu)熱(re)技(ji)術(shu)獲(huo)(huo)全球綠色低碳領(ling)域藍天獎、2022年(nian)中央引導(dao)地方科技(ji)發(fa)展(zhan)專項(xiang)(xiang)課(ke)題(ti)。

合作經營模式

公司對外經營模(mo)式(shi)一共有4個(ge)方面，首(shou)先是清潔能源項(xiang)目的(de)整體方案設計，其次為核心產品(pin)的(de)批量制造，例如聚光反射鏡、聚光反射鏡支(zhi)架、聚光集熱(re)的(de)集熱(re)器以(yi)及(ji)混凝(ning)土固(gu)體儲熱(re)產品(pin)，另外提供以(yi)上產品(pin)的(de)施(shi)工安(an)裝服務，最后(hou)是項(xiang)目后(hou)期調(diao)試(shi)運(yun)(yun)維，以(yi)及(ji)調(diao)試(shi)運(yun)(yun)維的(de)培訓和服務。

二、儲熱系統技術指標

兆陽固體儲熱技術特點

兆陽固體儲熱技術(shu)具備以下9個特點優勢：

1、蓄熱(re)介(jie)質(zhi)安全經(jing)濟：選用耐高溫(wen)混凝土作為蓄熱(re)介(jie)質(zhi)，蓄熱(re)溫(wen)度高達500℃，無燃燒、爆炸、腐蝕、凍(dong)堵風險(xian)，經(jing)濟安全。

2、裝(zhuang)機規模相對(dui)較大(da)：可實現大(da)規模（GW級(ji)）長時（24-48小時乃至更長）儲熱。

3、使用壽(shou)命長：使用壽(shou)命在25年(nian)左右，充放(fang)熱(re)次(ci)數不受限制。

4、建設(she)周期短(duan)：兆陽固體(ti)儲熱可(ke)模塊化生(sheng)產，現(xian)場拼裝(zhuang)焊(han)接，大規模的(de)長時(shi)儲熱設(she)備建設(she)周期在1年內。

5、運(yun)行安全(quan)(quan)性(xing)高(gao)：儲熱和取熱的全(quan)(quan)過程均為純(chun)物理變(bian)化(hua)，安全(quan)(quan)性(xing)高(gao)，無(wu)燃燒、爆炸(zha)、腐蝕、凍堵(du)、泄露等風險。

6、響應速度快：升、降負荷(he)可自(zi)由調節(jie)。

7、環(huan)境友好：混(hun)凝土(tu)儲熱(re)系統的(de)制造和運行對環(huan)境不產生任(ren)何(he)污染。

8、全(quan)天候熱(re)(re)力供應保(bao)障(zhang)能力強：可(ke)實現全(quan)天24小(xiao)時穩定熱(re)(re)力輸(shu)出(chu)，保(bao)障(zhang)用(yong)戶(hu)或電(dian)站的穩定用(yong)熱(re)(re)需求。

9、經(jing)濟性優：在相同的儲熱(re)參數條(tiao)件下，與(yu)熔鹽儲熱(re)、耐火磚(zhuan)儲熱(re)比較，經(jing)濟性更為顯(xian)著。

原料樸素，來源廣泛成本低

下面我說(shuo)一下為什么混(hun)凝土儲熱經濟性比較顯(xian)著？

由于選用(yong)的原材料(liao)(liao)的來源比較(jiao)廣泛(fan)，主(zhu)要原料(liao)(liao)是一些普通的建(jian)筑材料(liao)(liao)，水(shui)泥、沙子(zi)、石(shi)子(zi)，另(ling)外還(huan)有(you)(you)兆陽專有(you)(you)配方耐高溫添加劑，以(yi)上是蓄熱介質的材料(liao)(liao)；其他的換熱裝置均采用(yong)常規(gui)(gui)熱力(li)系統的水(shui)泵、鋼管，以(yi)及常規(gui)(gui)熱力(li)閥(fa)門(men)、儀(yi)表，具備(bei)國家(jia)標準(zhun)以(yi)及行業(ye)標準(zhun)的有(you)(you)力(li)支撐。

儲熱裝備形態

針對(dui)不同的應用(yong)場景，儲(chu)熱裝(zhuang)備(bei)形式分(fen)為以(yi)下三種：

1、集裝箱一體化設備

第一種是(shi)相對小型的(de)裝(zhuang)置，采用集(ji)裝(zhuang)箱式(shi)模式(shi)，蓄熱介質、儲(chu)換(huan)熱管道、保(bao)溫等結構均(jun)匹配(pei)在集(ji)裝(zhuang)箱內，交(jiao)付給(gei)客戶的(de)就(jiu)是(shi)一個撬裝(zhuang)式(shi)集(ji)裝(zhuang)箱，如上圖(tu)所示。

2、模塊化預制

采用模(mo)塊(kuai)(kuai)預制化的方式(shi)，在工廠進(jin)行模(mo)塊(kuai)(kuai)的預制，運(yun)輸(shu)到項(xiang)目現場，進(jin)行模(mo)塊(kuai)(kuai)的吊裝就位(wei)，然后(hou)外部管道連(lian)接，最(zui)后(hou)進(jin)行保(bao)溫(wen)，以及(ji)外殼安裝，具體流程如下圖所示。

3、現場澆筑

像光熱電站和火(huo)電站靈活性改造項(xiang)目，規(gui)模在幾十兆(zhao)瓦、百兆(zhao)瓦以(yi)上的(de)(de)采用現(xian)場澆(jiao)鑄(zhu)方式。現(xian)場澆(jiao)筑(zhu)施工(gong)(gong)過程如下圖所示，首先(xian)將(jiang)翅片管進行(xing)加工(gong)(gong)、逐層碼放，之后(hou)逐層澆(jiao)筑(zhu)，最后(hou)進行(xing)外(wai)部的(de)(de)管道連管、保(bao)溫以(yi)及外(wai)殼(ke)的(de)(de)安裝。

圖(tu)：現場(chang)澆筑施工過(guo)程

儲熱混凝土熱性能測試

由(you)第三方機(ji)構使(shi)用進(jin)口高品(pin)質熱物性(xing)測試(shi)儀器對(dui)儲熱混凝土進(jin)行了(le)專業(ye)測試(shi)，結果(guo)表(biao)明：兆陽專利配方儲熱混凝土在常溫下綜(zong)合導熱系(xi)(xi)數＞2.2W/（m.K），350℃下的綜(zong)合導熱系(xi)(xi)數＞1.6W/（m.K），導熱性(xing)能優良。

圖：儲熱(re)混凝土導(dao)熱(re)系數測試結果

熱學、力學性能指標檢測結果

另外，配方(fang)混凝土熱(re)學性能(neng)指(zhi)標檢測(ce)結果表明：當溫度為300、400和(he)500℃時，其對(dui)應的比熱(re)容值分別是1.028、1.040、1.10kJ/(kg·K)；當溫度為250、300和(he)450℃時，其對(dui)應的導熱(re)系(xi)數分別為1.713、1.615、1.327W/(m·K)；密度是2022Kg/立方(fang)米(mi)，平均抗壓(ya)強(qiang)度30MPa以上。

上圖(tu)是抗壓強度隨循(xun)環次(ci)數(shu)的變化(hua)曲線，循(xun)環超過15次(ci)左右，抗壓強度穩定在35MPa的水(shui)平。

我(wo)們針對實體的固(gu)體混凝土蓄熱(re)(re)(re)裝置單根管路取(qu)熱(re)(re)(re)性能進行了測(ce)試，當(dang)設(she)(she)計的理論溫差(cha)為(wei)(wei)10℃時，蒸發段(duan)換熱(re)(re)(re)系數的單位長度理論設(she)(she)計取(qu)熱(re)(re)(re)功率為(wei)(wei)100W/m；實測(ce)當(dang)量蒸發段(duan)換熱(re)(re)(re)溫差(cha)10℃下，取(qu)熱(re)(re)(re)功率為(wei)(wei)98.76W/m，測(ce)試得到的取(qu)熱(re)(re)(re)功率與設(she)(she)計取(qu)熱(re)(re)(re)功率偏差(cha)小(xiao)于2%。

綜上(shang)可以驗證：混凝土儲熱(re)(re)系統從工(gong)藝、性能(neng)和造價各方面均達到設計目標，能(neng)夠完全滿足熱(re)(re)用戶對儲取熱(re)(re)的性能(neng)要(yao)求。

運維費用低

主要體現在以下三個方(fang)面：

1、類似常規熱力設備，電費低

管(guan)道、閥門、儀表等均采用(yong)常(chang)規(gui)熱(re)力(li)設(she)備(bei)，檢修和(he)更換費用(yong)低；

蓄熱介(jie)質為混凝土，無需防(fang)凝，運(yun)維(wei)電費低。

2、運維人員數量少

系統簡單(dan)，常規熱力站(zhan)運維人(ren)員數量(liang)即可(ke)滿足(zu)運維要求。

3、人員能力要求不高

蓄熱介質安全、可靠，無泄漏、凝(ning)固等隱患，常規熱力站運維人(ren)員水平即可滿足要(yao)求。

三、應用場景

固體儲熱系統可(ke)以對熱力(li)(li)、電(dian)(dian)力(li)(li)進行儲存，輸出蒸(zheng)(zheng)汽(qi)/油/熱水(shui)/其(qi)他，具體以客戶(hu)需(xu)求為準(zhun)。應用領域(yu)也(ye)十分(fen)廣泛，包括：發電(dian)(dian)、工業(ye)(ye)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)、酒店/醫(yi)院等(deng)供消毒用蒸(zheng)(zheng)汽(qi)、商業(ye)(ye)樓(lou)宇(yu)/酒店供暖/工業(ye)(ye)熱水(shui)、小區冬(dong)季供暖等(deng)。

蒸汽(qi)蓄熱(re)(re)運(yun)行原理(li)如下圖(tu)所示，可以根據客戶需求(qiu)進行調整，例如，儲存的熱(re)(re)源(yuan)是導熱(re)(re)油，供應(ying)的也是導熱(re)(re)油。

熱源(yuan)來(lai)源(yuan)比較(jiao)廣泛，可以是聚光集熱系統，也可以是熱力電廠(chang)(chang)的(de)余熱，例如煤電廠(chang)(chang)或生(sheng)物質電廠(chang)(chang)等。在此以蒸汽為例進行工藝流程的(de)說明。

蓄熱(re)(re)時，高溫(wen)(wen)蒸(zheng)汽從固體(ti)(ti)混(hun)凝土(tu)(tu)(tu)蓄熱(re)(re)系統的頂端(duan)進入(ru)混(hun)凝土(tu)(tu)(tu)儲熱(re)(re)塊的管束內，高溫(wen)(wen)蒸(zheng)汽在管束里(li)流動過(guo)程中逐(zhu)(zhu)步將熱(re)(re)量釋放給配方混(hun)凝土(tu)(tu)(tu)，使其(qi)溫(wen)(wen)度逐(zhu)(zhu)漸升高，當蒸(zheng)汽流動至固體(ti)(ti)混(hun)凝土(tu)(tu)(tu)底部(bu)(bu)時，其(qi)溫(wen)(wen)度下降(jiang)，重新回到(dao)熱(re)(re)力系統循環；取熱(re)(re)時，水泵將水從固體(ti)(ti)混(hun)凝土(tu)(tu)(tu)底部(bu)(bu)泵入(ru)，流經(jing)混(hun)凝土(tu)(tu)(tu)儲熱(re)(re)體(ti)(ti)的管束過(guo)程中逐(zhu)(zhu)漸升溫(wen)(wen)蒸(zheng)發，達到(dao)預設(she)的參數后最終供應給用戶。

在(zai)蒸汽蓄熱(re)的(de)過程(cheng)中，不管(guan)蓄熱(re)還(huan)是取(qu)熱(re)，采用的(de)管(guan)道是同(tong)一套(tao)。上圖所(suo)示(shi)有6個(ge)儲(chu)(chu)熱(re)模(mo)塊，根據閥(fa)門的(de)開關(guan)狀態可以看(kan)出，左側(ce)的(de)4個(ge)儲(chu)(chu)熱(re)模(mo)塊在(zai)進行(xing)熱(re)量的(de)存儲(chu)(chu)，右(you)側(ce)2個(ge)儲(chu)(chu)熱(re)模(mo)塊在(zai)進行(xing)熱(re)量的(de)取(qu)出。如此，儲(chu)(chu)熱(re)模(mo)塊通過一套(tao)管(guan)束(shu)就具備實現儲(chu)(chu)熱(re)和取(qu)熱(re)的(de)能(neng)力，因此一般(ban)情況下，儲(chu)(chu)熱(re)和取(qu)熱(re)介質是相(xiang)同(tong)的(de)。

電蓄熱(re)(re)混(hun)凝(ning)土儲熱(re)(re)體的(de)(de)運(yun)行原理與蒸(zheng)汽類似，唯一(yi)(yi)不同(tong)的(de)(de)是輸(shu)入谷電/棄電。光(guang)伏和風電的(de)(de)棄電逐年增加(jia)(jia)，可以(yi)利(li)用(yong)這些(xie)低價電力進(jin)行存(cun)儲，通過(guo)電加(jia)(jia)熱(re)(re)器件將配方混(hun)凝(ning)土進(jin)行加(jia)(jia)熱(re)(re)，用(yong)戶有(you)熱(re)(re)量需(xu)(xu)求時進(jin)行取(qu)(qu)(qu)(qu)熱(re)(re)，可以(yi)根據(ju)客(ke)戶的(de)(de)需(xu)(xu)求取(qu)(qu)(qu)(qu)出導(dao)熱(re)(re)油、蒸(zheng)汽或熱(re)(re)水供給(gei)用(yong)戶使用(yong)。儲熱(re)(re)模塊(kuai)的(de)(de)取(qu)(qu)(qu)(qu)熱(re)(re)過(guo)程(cheng)和前(qian)述蒸(zheng)汽取(qu)(qu)(qu)(qu)熱(re)(re)過(guo)程(cheng)一(yi)(yi)致。

圖：電蓄熱運行原理

四、應用實例：光熱電站720MWh固體儲熱

我們公司(si)在兆陽張家口15MW光熱(re)發電項目建設了720MWh的混凝(ning)土固體儲熱(re)體。

項目鏡場(chang)(chang)占地(di)約85萬(wan)㎡，鏡面(mian)面(mian)積38萬(wan)㎡，儲熱(re)(re)介質為耐(nai)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)混凝土(tu)，傳熱(re)(re)流體為水/蒸汽(qi)(qi)。項目采用兆陽(yang)光(guang)熱(re)(re)經濟型高(gao)(gao)(gao)倍菲涅爾式聚光(guang)技(ji)(ji)術、直接蒸汽(qi)(qi)發(fa)生(sheng)技(ji)(ji)術（DSG）以及耐(nai)熱(re)(re)混凝土(tu)儲熱(re)(re)技(ji)(ji)術，聚光(guang)集熱(re)(re)鏡場(chang)(chang)直接輸(shu)出高(gao)(gao)(gao)溫(wen)高(gao)(gao)(gao)壓蒸汽(qi)(qi)。

該項(xiang)目設(she)計(ji)的蒸汽(qi)(qi)參(can)數是12.5MPa，450℃，以這樣的蒸汽(qi)(qi)參(can)數進入固體儲熱里面(mian)，進行熱量的存儲，取出的蒸汽(qi)(qi)參(can)數是10MPa，380℃，固體儲熱容(rong)量是720MWh，外部尺寸是36m×28m×28m，相當于一個建筑樓房。

圖：單座(zuo)儲(chu)熱(re)塔(ta)夜間大功率取熱(re)測試

以上是聚光(guang)集(ji)熱系統白天存儲蒸汽后，在夜間進行取熱性能的測試。如(ru)上圖所示，出口蒸汽溫(wen)度和(he)壓力非常穩定(ding)，總取熱功率高達25MW。