太阳能热发电的显热蓄热技术进展

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1、第32卷第7期2014年7月可再生能源RenewableEnergyResourcesVol.32No.7Jul.2014太阳能热发电的显热蓄热技术进展汉京晓，杨勇平，侯宏娟（华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京102206）摘要：介绍了太阳能热发电显热蓄热的3种技术：单一流体蓄热，直接接触蓄热和间接接触蓄热。单一流体蓄热，主要有导热油、熔融盐和蒸汽3种选择。直接接触蓄热，使用廉价材料作为蓄热介质，节约了成本。间接接触蓄热使模块化安装成为可能，进一步克服了直接接触蓄热的缺点，为蓄热技术发展提供了便利。关键词：太阳能；热发电

2、；蓄热；显热中图分类号：TK512；TK513.5文献标志码：A文章编号：1671-5292（2014）07-0901-05DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2014.07.0010引言在石油、煤炭等资源储量日益枯竭的背景下，太阳能热发电技术正受到越来越多的重视[1]。近年来，以美国、西班牙为代表的发达国家大力建设大容量（≥50MW）的太阳能电站。由于太阳能资源存在不稳定性和间歇性，因此达到稳定的电力输出是太阳能热发电领域的一个重要问题。太阳能热发电分为独立运行和联合运行两大类。前者以太阳能作为唯一的能

3、量来源；后者是以太阳能和化石燃料联合发电。一个独立运行的太阳能热电站，如果没有蓄热装置，只能在有足够日照强度的情况下发电，当日照强度较高时，超出发电负荷的电量又得不到利用而白白地浪费。在独立运行的太阳能热发电站设置蓄热(TES)装置，可以平稳电力输出、延长太阳能电站设备的使用时间。联合发电电站设置蓄热装置，还可以提高太阳能的利用率。例如，某太阳能-火力联合电站在无蓄热的情况下，太阳能系统一般只能承担总负荷的13%～25%[2]，而一个有蓄热装置的槽式太阳能电站，以存储6h满负荷容量计算，则可以承担总负荷的40%[3]。常见的蓄热方

4、式有显热蓄热、潜热蓄热和热化学蓄热[4]。显热蓄热方式一般是通过流体和蓄热材料的单纯显热交换来实现。该方式包括单一流体蓄热、多种介质直接蓄热和间接蓄热。潜热蓄热方式通过相变材料的相变，在一定的温度范围内蓄热和放热[4]；热化学蓄热方式利用热能催化化学反应，一般通过制氢的方式来存储能量。考虑到成本、技术难度以及传统火力发电厂的设备类型，采用直接显热蓄热技术最为简易。不同热发电方式的运行温度不同，蓄热系统选用的工质和蓄热器形式也不同，若要准确地设计建造足够容量的蓄热设备，就要掌握蓄热器内蓄热、放热过程的特性。本文在对常见的3种显热蓄

5、热技术进行介绍的基础上，着重对间接接触蓄热方式的研究成果及发展方向进行讨论。1单一流体蓄热双罐蓄热是常见的单一流体蓄热形式。工作流体既能在集热场中充当换热流体吸收热量，又能在蓄热罐中充当蓄热介质。如图1所示的太阳能热电站中有两个蓄热罐，分别为冷罐和热罐[5]。集热器冷罐热罐定日镜发电装置图1双罐蓄热原理图Fig.1Schematicofdual-tankthermalenergystorage收稿日期：2014-01-07。基金项目：国家“863”项目(2012AA050604)；国家自然科学基金资助项目(No.51206049)

6、。作者简介：汉京晓（1987-），男，博士研究生，研究方向为太阳能蓄热技术。E-mail:csphjx@126.com可再生能源2014，32（7）在集热场的光热转换过程中，阳光经定日镜反射到集热器上，低温的换热流体在集热器中被加热到高温，然后被送入到热罐中蓄存起来；在发电机组的发电过程中，可以利用换热器放出热量，换热流体温度降低后被送入冷罐中蓄存起来，阳光充足时由泵送回集热场中加热。早期的双罐系统，采用导热油作为换热和蓄热介质。常用的导热油主要成分是联苯和联二苯氧化物的共溶混合物[6]。1984～1991年，以色列Luz公司在美

7、国加州建成了9座槽式电站，总装机容量为354MW。该电站即采用了双罐蓄热系统，利用导热油显热蓄热。电站运行时，冷罐蓄存的导热油温度为240℃，热罐蓄存温度为307℃。其式。在槽式热发电领域，直接蒸汽发生技术（DSG）受到了广泛的关注[9]。DSG能使水直接在吸热管中吸热蒸发得到高温水蒸气，既能节省导热油成本和换热器投资，又能避免导热油的泄露和污染，是一种极有前途的发电技术。图2是一种滑压运行的蒸汽蓄存器[10]。当集热场中热流强度发生变化时，该类型蓄热器内蒸汽流量保持不变，仅仅通过滑动调节蒸汽的压力来改变蒸汽的焓值，在低负荷时做

8、功能力损失较小。由于蒸汽的密度较低，单位体积所蓄存的能量较少，因此单纯储存蒸汽的蓄热器性价比较低。如果将热量蓄存在饱和水中，则可以大大提高蓄热器的经济性。中，SEGSI电站发电能力为13.8MW，蓄热罐蓄热能力为120MWh，能够满足满负荷发电3h