太阳能谷电加热熔盐蓄热系统特性

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1、太阳能谷电加热熔盐蓄热系统特性摘要：针对环境污染日益严重和电网谷峰差逐年加大给电网带来安全隐患的两个重大问题，结合熔盐储能技术提出了太阳能&谷电加热蓄能系统。太阳能&谷电加热蓄能系统不仅具有良好的节能减排效果，还有很好的经济性。针对熔盐蓄热技术传热规律研究较少的问题，理论计算了管道弯头内表面的对流换热系数，并且采用灰色关联分析方法，对不同尺寸弯头在不同流速时表面对流换热系数进行研究，分析了几何形状和流速对内壁面对流换热系数的影响程度。中国8/vie　　关键词：太阳能，谷电，熔盐，灰色关联度，表面对流换热系数　　中图分类号：O359文献标志码：A

2、：1007-2683（2017）01-0080-06　　0引言　　能源是人类进步和发展的物质基础，经济的发展和能源的利用有着密不可分的关系。我国工业化和现代化进程正向着深层次方向发展，这将对能源行业提出了更高的要求。我国能源结构是以煤为主的化石燃料。化石燃料的大量使用造成我国各地污染严重。开发和利用可再生能源的可谓“迫在眉睫”。太阳能有储量大、分布广、清洁型、经济性的优点，被视为理想的替代能源。同时阅读相关资料后知，随着我国经济的发展，电网的谷峰值逐年加大，给电网的安全运行带来一定的安全隐患，为削减谷峰差《电力法》第四十一条规定国家实行分时电价

3、，同时，政府对符合条件的低谷电用户给予政策补贴。基于熔盐蓄热技术已在太阳能热发电电站实现应用，考虑到开发利用可再生能源和削减电网谷峰差两个问题。设计了太阳能&电加热联合加热熔盐系统。虽目前太阳能熔盐蓄热电站已实现运行，对于熔盐蓄热的传热规律研究较少同时，在北京工业大学马重芳、吴玉庭等验证了经典关联式对高温熔融盐传热的适用性的基础上，考虑熔融盐的流动与传热特性，直接关系到熔融盐蓄热循环系统和换热器的设计与布置。　　本文为解决管道弯头的几何形状和熔盐流速与弯头内表面传热系数的关系的问题。理论计算了管道弯头内表面的对流换热系数，并采用灰色关联分析的方

4、法，比较了弯头几何要素和熔盐流速分别对弯头内侧表面对流传热系数的影响程度的大小关系。　　1太阳能&谷电加热熔盐蓄热系统原理　　本文设计的熔盐蓄热系统如图1所示，太阳能&谷电加热熔盐系统的基本原理是将太阳能和谷电以热能的形式储存在熔盐蓄热介质中，考虑到太阳能与谷电时间上的互补性，利用储能技术解决了太阳能间歇性和谷电周期性和固定时间段的弊端，达到日间用低谷电、夜间用太阳能的效果储存的热能可作为吸收式空调的热源和用于采暖。太阳能&谷电联合蓄能系统由太阳能集热器、电加热器、高温熔盐罐、低温熔盐罐、循环管道等组成。系统采用双熔盐罐设计高温熔盐罐（罐内熔盐

5、温度550℃）主要作用为蓄热作用；低温的熔盐流回低温罐（罐内熔盐温度300℃），主要作用为：①熔化固体盐；②储存液态熔盐，熔盐在系统中运行的阻力由熔盐泵克服。熔盐蓄热系统以混合熔盐（60%硝酸钠和40%硝酸钾）作为传热和储能介质，混合熔盐作为蓄热材料其优势为：液体温度范围宽、黏度低、流动性能好、蒸汽压小、对管路承压能力要求低、相对密度大、比热容高、蓄热能力强、成本较低等诸多优点。　　2太阳能&谷电加热熔盐蓄热系统与用能环节的匹配　　太阳能是一种间歇性、不稳定性的清洁能源，其能流密度受时间段、天气情况、地理位置等诸多因素影响，同时蓄热系统耗能模块

6、的能耗的变化会造成熔盐蓄热系统与耗能环节匹配不良。往往熔盐蓄热系统与用能环节匹配时需要依照用能环节的特性恰当选用补偿器进行能源补偿，因此匹配模式可分为　　1）无补偿理想模式　　日间通过系统存储的太阳能足以满足夜间系统用能模块的用能要求；夜间通过系统存储的低谷电足以满足日间系统用能模块的用能要求。理想模式运行模式下的熔盐蓄热系统实现了日问太阳能夜用，夜间低谷电日用，此种模式是理想模式。　　2）补偿器补偿太阳能　　①由于夜间耗能模块工作量的加大导致夜间工业设备的耗能量超过系统设计的日间存储的太阳能能量；②由于天气的不可控性和随机性较大，日照量主要受

7、天气条件的影响因素较重，导致太阳能的系统输入不稳定，日间存储的太阳能无法满足夜间能量需求。　　3）补偿器补偿低谷电　　相�τ谔�阳能熔盐系统电力供给相对稳定，系统所装配的电加热炉的功率和数量是固定的，故此低谷电供给熔盐系统的能量是稳定的，熔盐系统需要能量补给时主要由于日间耗能模块工作量的加大导致日问工业设备的耗能量超过系统设计的日间存储低谷电的能量。　　4）补偿器补偿太阳能及低谷电　　①由于夜间耗能模块工作量的加大导致夜间工业设备的耗能量超过系统设计的日间存储的太阳能能量；②由于天气的不可控性和随机性较大，日照量主要受天气条件的影响因素较重，导

8、致太阳能的系统输入不稳定，日间存储的太阳能无法满足夜间能量需求；③相对于太阳能熔盐系统电力供给稳定，系统所装配的电加热炉的功率和数量是固定的，故此低谷