低熔点熔盐槽式系统优势明显
百吉瑞攻克熔盐槽式光热系统防凝困难及热损过大难题
中国电力新闻网 见习记者 鲁珈瑞 通讯员 姚俊彬
图为百吉瑞低熔点熔盐槽式光热系统实验回路。
“在太阳能热发电领域中，槽式系统作为最成熟的太阳能热发电技术，已完全实现了商业化运行，而且仍在进步的过程中。”百吉瑞（天津）新能源有限公司（简称“百吉瑞”）副总经理赵久福在参加“2018中国光热发电投资高峰论坛暨光热电站设计与设备选型研讨会”时指出，随着低熔点熔盐的应用，系统防凝困难及热损过大的问题已被大幅改善，低熔点熔盐槽式系统会成为未来光热发电的发展方向。
创新循环工艺 提高生产效率
传统导热油槽式光热发电系统使用导热油作为传热介质、熔盐作为储热介质，具有技术成熟、系统相对简单、可靠性高等优势，是当前商业化运行电站中占比最高的技术路线。但系统受限于导热油使用温度上限，不能实现更高的发电效率；同时由于双工质运行，也存在换热系统相对复杂、运行耦合度高等弊病。因此，槽式系统向使用更高温度传热介质、更大开口集热器、传储热解耦运行的方向发展。
二元熔盐作为优良的高温载体，既可以作为储热介质又可以作为传热介质，实现传热与蓄热工质合二为一。在此基础之上，开发出熔盐槽式光热发电系统与塔式光热发电系统等技术路线。
在光热发电产业发展初期，普通熔盐槽式光热发电系统受限于二元盐防凝难度较大、系统循环工艺相对复杂等因素，没有大规模商业化应用，仅停留在了示范回路阶段。尽管如此，这种普通的熔盐槽式系统与导热油槽式系统相比依旧能够展现出巨大的优势。
“虽然普通的二元熔盐槽式系统与导热油槽式系统相比具有一定的优势，但其缺点也是客观存在的。”赵久福表示，随着低熔点熔盐的应用，结合特殊的系统与运行模式的设计，系统防凝困难及热损过大的问题已被妥善解决。低熔点熔盐槽式系统将推动槽式技术的发展与革命，成为光热发电的发展方向。
百吉瑞在多年理论研究和实践探索的基础上将低熔点熔盐与大开口集热技术相结合，并对系统结构、循环工艺和运行模式进行了全面优化创新，推出了低熔点熔盐槽式系统，该系统相较于普通二元熔盐槽式系统有了质的飞跃。
在防凝循环系统方面，由于二元盐熔点较高，普通熔盐槽式系统进入防凝模式后其工作温度一般不能低于275摄氏度；而低熔点熔盐槽式系统在创新设计的缓冲罐参与下，其工作温度只需要大于等于175摄氏度。
赵久福介绍，集热管内的散热损失主要的散热机理是集热管外表面的辐射散热，而辐射散热功率与绝对温度的四次方成正比，因此低熔点熔盐槽式系统用于防凝循环的热损失只有普通二元熔盐槽式系统的40%。另外，由于低熔点熔盐槽式系统循环工艺的创新，相对减少了防凝循环次数或流量，从而降低泵耗减少厂用电量。且在这种循环工艺中，冷罐不参与夜间防凝循环，温度一直维持在290摄氏度，不需要启动时间，随时进入发电模式，提高了启动发电的灵活性。
减少设备需求 降低初始投资
低熔点熔盐熔点为82摄氏度至115摄氏度，工作温度在150摄氏度至180摄氏度，相比二元盐290摄氏度的工作温度，管道及镜场的防凝难度大大降低，熔盐熔点的降低为熔盐槽式光热发电技术奠定了发展的基础。
采用低熔点熔盐，由于在回路内熔盐温升大，则拥有更小的流量与动压头；采用低熔点熔盐泵的轴功率扬程指标是二元盐的47％，体积流量是二元盐的62％。由于体积流量的减小，动压头的减小，采用低熔点熔盐泵有效功率仅为二元盐的29％。经测算，采用低熔点熔盐低温熔盐泵的耗电量仅为采用二元熔盐的约30%。
在采用二元盐的系统中，蒸汽发生器系统往往配置外部循环泵，将汽包内部分饱和水输送至预热器入口，与自汽轮机回热系统加热后的给水混合，提升给水温度，确保在任何工况下给水温度不低于熔盐的安全温度260摄氏度。而当采用低熔点熔盐时，这一下限温度值可以设置为200摄氏度，这样减小了系统运行的复杂性，提高系统可靠性的同时节约了厂用电。
如今光热产业融资难已经成为整个行业亟待克服的难题，在这样的情况下，初始投资较低的项目就拥有了掌握市场先机的可能。传统槽式光热电站设备较为复杂，而低熔点熔盐相关技术却不需要一些传统槽式光热电站所必备的设备，在系统性的简化之下，初始投资必然会降低。
普通熔盐槽式系统要求传热介质集热温度高，必然会造成镜场回路过长的问题，间接导致回路的可靠性降低，运行难度增加，换热损失大等负面影响。为了解决回路长度增加带来的一系列问题，百吉瑞创新性的将低熔点熔盐与大开口集热器技术相结合。
据了解，此系统大幅降低了回路整体长度，解决了普通熔盐槽式系统回路过长带来的造价、可靠性与热损方面的问题。此外，较大的光学面积减少了回路数，允许更为经济的布置。回路数与SCE的数量减少，直接导致集热管、驱动装置、控制单元、传感器、旋转接头、阀门等辅助设备的数量减少，降低了系统的造价。
“基于国外相关机构计算，采用相同尺寸的集热管同热量输出情况下，设备成本节省约为13%，整体系统节省初始投资约为23%。”赵久福表示，这将节约很大一部分镜场投资。