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CSPPLAZA光熱發電網訊：“固體(ti)顆粒儲放(fang)熱(re)技術方(fang)案靈活，熱(re)源的選擇(ze)性(xing)多(duo)，放(fang)熱(re)方(fang)式靈活，可(ke)換熱(re)參數范圍廣(guang)泛(fan)；由于(yu)擁有很大的工作溫度區間，該技術既可(ke)用(yong)(yong)于(yu)發電也可(ke)用(yong)(yong)于(yu)生產工業蒸汽；同時還可(ke)以實(shi)現模塊化配置，并通過就(jiu)地取(qu)材等措施實(shi)現低成本儲熱(re)。”

6月22-23日，由(you)中國清潔供熱(re)平臺主(zhu)辦的(de)2021年第(di)三屆(jie)中國儲(chu)熱(re)大會在常(chang)州召開(kai)，東方(fang)電氣集團(tuan)東方(fang)鍋爐股份有限公司（簡稱東方(fang)鍋爐）技(ji)術中心儲(chu)熱(re)高工李有霞(xia)作了(le)題為(wei)“固體顆粒儲(chu)放熱(re)技(ji)術”的(de)主(zhu)題演講。

為何要研究固體顆粒儲熱技術？

固體(ti)顆(ke)粒儲熱(re)(re)其實(shi)是(shi)一(yi)種顯(xian)熱(re)(re)儲熱(re)(re)技術，原理和熔鹽(yan)儲熱(re)(re)一(yi)樣(yang)，利用能(neng)量(liang)來源加(jia)熱(re)(re)低溫(wen)顆(ke)粒升(sheng)溫(wen)，將(jiang)能(neng)量(liang)轉換為高(gao)溫(wen)顆(ke)粒顯(xian)熱(re)(re)儲存(cun)(cun)(cun)；當需要釋(shi)放(fang)(fang)能(neng)量(liang)時(shi)，將(jiang)存(cun)(cun)(cun)儲的高(gao)溫(wen)顆(ke)粒與用熱(re)(re)介質進行換熱(re)(re)，從(cong)而釋(shi)放(fang)(fang)所儲存(cun)(cun)(cun)的能(neng)量(liang)。

圖：工作原理

據李有(you)霞介(jie)紹(shao)，東(dong)方鍋(guo)爐(lu)最初開始(shi)研究該技術(shu)是源于光熱發電(dian)，希望通過固體顆粒儲(chu)熱技術(shu)來(lai)進一步提(ti)高光熱發電(dian)系(xi)統(tong)工質(zhi)溫度，進而(er)提(ti)升電(dian)廠效率。

該技術主要有以下幾方面(mian)優勢(shi)：與(yu)常(chang)(chang)規(gui)的導熱(re)油、熔鹽、水蒸氣和空氣等介質相比（詳見下表），固(gu)體顆(ke)粒使用溫度(du)上限(xian)可以達(da)到1000℃左右，運(yun)行(xing)溫度(du)高且(qie)無(wu)溫度(du)下限(xian)，不存在凝固(gu)風險；固(gu)體顆(ke)粒耐熱(re)性(xing)能好(hao)，儲能密度(du)大(da)；材料價格便宜，無(wu)毒無(wu)害，循環性(xing)好(hao)，可常(chang)(chang)壓(ya)運(yun)行(xing)，儲熱(re)成本(ben)低。

表：太陽能熱發(fa)電系統(tong)中(zhong)各(ge)種工作介質對(dui)比

有哪些技術痛點？東鍋選擇如何應對？

相對于其它流體介質(zhi)而(er)言固體顆粒存在(zai)傳(chuan)熱和流動性能不佳，輸送也相對困難(nan)的技(ji)術問題。

李有霞表示，東(dong)方(fang)鍋爐致力于固體顆(ke)粒儲(chu)放熱(re)技(ji)術(shu)開發，旨(zhi)在將其推(tui)廣至高(gao)溫光(guang)熱(re)發電領(ling)域及(ji)中高(gao)溫用(yong)熱(re)領(ling)域。為此，結合上述(shu)技(ji)術(shu)難點(dian)，東(dong)方(fang)鍋爐針對性開發出(chu)固體顆(ke)粒儲(chu)熱(re)和放熱(re)換(huan)熱(re)器、高(gao)低溫儲(chu)罐(guan)以及(ji)固體顆(ke)粒輸送設備等核(he)心(xin)裝(zhuang)備。

首(shou)先，東方(fang)鍋爐開(kai)發出(chu)一種(zhong)多(duo)級(ji)流(liu)(liu)(liu)化(hua)床顆粒(li)換熱(re)器，可以很好解決固體(ti)顆粒(li)傳熱(re)困難的問(wen)題。該換熱(re)器內設置多(duo)個倉(cang)室，每一個倉(cang)室之內布置換熱(re)管(guan)，換熱(re)管(guan)內是工質，儲熱(re)時候是熱(re)源工質，放熱(re)時為用熱(re)工質，管(guan)外顆粒(li)在流(liu)(liu)(liu)化(hua)風作用下呈流(liu)(liu)(liu)態化(hua)和管(guan)內工質進行換熱(re)。

據李(li)有霞介紹，上(shang)述設(she)計可大大提升換熱系數，使固體顆粒和工(gong)質換熱呈逆流(liu)換熱。多級受熱面(mian)匹配設(she)計，能(neng)夠實(shi)現預熱、蒸發和過熱等(deng)多種參數的輸出。同時，從床(chuang)(chuang)層設(she)計上(shang)來說，東方鍋(guo)爐(lu)綜合流(liu)化(hua)(hua)床(chuang)(chuang)設(she)計經驗，降(jiang)低(di)了流(liu)化(hua)(hua)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)層，進(jin)而降(jiang)低(di)流(liu)化(hua)(hua)風壓(ya)頭(tou)，并(bing)對流(liu)化(hua)(hua)風系統也進(jin)行(xing)優化(hua)(hua)設(she)計，以減小熱損失(shi)。

東(dong)方鍋爐在流(liu)化床(chuang)(chuang)鍋爐物料(liao)流(liu)化換熱方面具有豐富的(de)設計經驗與運行業績(ji)，為(wei)多級(ji)流(liu)化床(chuang)(chuang)固體顆粒換熱器的(de)設計奠定(ding)了(le)堅實的(de)基礎。

目前，東方鍋爐已成功為科(ke)技部重點研發計劃2018YFB1501003“超(chao)臨界CO2高效換熱研究”項目設計并供貨了固體(ti)顆粒(li)與sCO2換熱器（詳見下圖）。

其次是顆粒(li)輸送(song)問題。東方鍋爐依托集團(tuan)公司(si)大型(xing)科研項目建成(cheng)了粉體(ti)(ti)特性測(ce)試(shi)基礎實驗室和工業試(shi)驗平(ping)臺(tai)進行固體(ti)(ti)顆粒(li)氣(qi)力輸送(song)技(ji)術(shu)開發。該(gai)平(ping)臺(tai)具備粉體(ti)(ti)輸送(song)技(ji)術(shu)輸出、發料罐等關鍵設備的研發設計(ji)，與工程(cheng)（技(ji)術(shu)）服務能(neng)力。已具有漠沙及其他類(lei)物料多項輸送(song)業績。

該平臺的輸(shu)送(song)(song)能力為(wei)10t/d～220t/d，達(da)到了工業(ye)化(hua)應用的輸(shu)送(song)(song)等(deng)級；輸(shu)送(song)(song)壓(ya)力可達(da)0.3～5.3Mpa；設計(ji)固(gu)氣比(bi)為(wei)5～30 kg（固(gu)）/kg(氣)；輸(shu)送(song)(song)氣源可選(xuan)氮(dan)氣、二氧化(hua)碳、空氣等(deng)；可以輸(shu)送(song)(song)煤粉、漠沙(sha)、石油(you)焦、生物(wu)質等(deng)粉體(ti)與顆粒物(wu)料(liao)。目前，東方(fang)鍋爐已依托該平臺的基礎研究工作設計(ji)出可靠的氣體(ti)輸(shu)送(song)(song)系統。

最(zui)后是(shi)固(gu)體顆粒材質(zhi)選擇方(fang)面。李有霞介紹稱，針(zhen)對工作(zuo)溫度500℃以(yi)下的(de)中(zhong)低(di)溫領域，東方(fang)鍋爐(lu)篩(shai)選合適(shi)粒徑(jing)的(de)漠沙作(zuo)為(wei)(wei)儲熱介質(zhi)，成本低(di)廉；針(zhen)對與火(huo)電靈活性(xing)改(gai)造耦合的(de)應用場景，東方(fang)鍋爐(lu)則測試(shi)了循環(huan)灰的(de)性(xing)能，可(ke)以(yi)直接(jie)用循環(huan)灰作(zuo)為(wei)(wei)儲熱顆粒；在超臨界(jie)二氧(yang)化碳系統方(fang)面，選擇了一種可(ke)耐高溫、且表面經過特(te)殊處理的(de)顆粒材料。

適用于哪些應用場景？

1、火電(dian)靈活性改造——利用固體顆(ke)粒(li)儲熱(re)技術可(ke)中高溫運行的特點(dian)將熱(re)電(dian)聯產機組(zu)進行熱(re)電(dian)解耦。

應用(yong)原理：可采(cai)用(yong)“純(chun)儲熱(re)+邊(bian)儲邊(bian)放+純(chun)放熱(re)”等(deng)靈活的運行模式在機(ji)組(zu)高(gao)負荷時間(jian)段富裕(yu)的蒸(zheng)汽用(yong)于加(jia)熱(re)固體顆粒儲存蒸(zheng)汽熱(re)，在機(ji)組(zu)低(di)負荷供熱(re)不足(zu)時對外供汽供熱(re)，實現熱(re)電解(jie)耦。

李(li)有霞表示(shi)，當(dang)前可再生能源(yuan)大比(bi)例增加，好多(duo)機(ji)組都(dou)面臨(lin)深度(du)調(diao)峰(feng)的(de)(de)需求(qiu)，結合固體(ti)顆(ke)粒儲(chu)(chu)熱技(ji)術可以(yi)運用不同的(de)(de)汽源(yuan)，把進汽輪(lun)機(ji)做功的(de)(de)蒸汽量減下來用于儲(chu)(chu)熱，實現深度(du)調(diao)峰(feng)，而且(qie)，相比(bi)電(dian)加熱技(ji)術，這樣操作可以(yi)直接將熱能儲(chu)(chu)存起(qi)來并按需對外供熱，省去了熱—電(dian)—熱的(de)(de)效率(lv)損失。

2、配套光熱發(fa)電系(xi)統建設可再生(sheng)能(neng)源基地；利(li)用棄風棄光電能(neng)，助力可再生(sheng)能(neng)源消納。

圖：配套光(guang)熱發電建設可(ke)再生能源基(ji)地（左）/結合棄風棄光(guang)助力(li)消(xiao)納（右）

李有(you)霞(xia)表示，與超臨界二氧化碳光熱(re)發(fa)電系統配套也是固體顆粒儲熱(re)技術的一個(ge)(ge)重要(yao)應用方(fang)向。在可再(zai)(zai)生(sheng)能源(yuan)(yuan)在整(zheng)個(ge)(ge)能源(yuan)(yuan)體系快速增(zeng)加的當(dang)下，我們需(xu)要(yao)構建可再(zai)(zai)生(sheng)能源(yuan)(yuan)基地(di)(di)，最好(hao)是自己帶有(you)儲熱(re)系統，實(shi)現自我調峰(feng)，而不是靠傳統的煤(mei)電調峰(feng)，這(zhe)時“高溫光熱(re)發(fa)電系統+固體顆粒儲熱(re)技術”便有(you)了用武(wu)之地(di)(di)。

同時，也可(ke)以將固體顆粒(li)儲(chu)(chu)熱技術與風(feng)力/光伏可(ke)再生能(neng)源(yuan)發電技術相結(jie)合，利用(yong)棄(qi)風(feng)棄(qi)光電力加熱固體顆粒(li)，實現在用(yong)能(neng)高峰時間段利用(yong)固體顆粒(li)所儲(chu)(chu)存的熱能(neng)加熱水工質產(chan)生高溫(wen)蒸(zheng)汽外供或發電，最終(zhong)達到助(zhu)力可(ke)再生能(neng)源(yuan)消納的目的。

3、高(gao)溫余(yu)熱(re)利用領(ling)域。可以將煉鋼(gang)企業(ye)的一些爐(lu)渣、轉爐(lu)煙氣等高(gao)溫余(yu)熱(re)源通(tong)過(guo)固體顆(ke)粒儲熱(re)技術(shu)進行能(neng)量回(hui)收儲存(cun)，并根據需(xu)要(yao)對外提供(gong)高(gao)溫蒸汽、供(gong)熱(re)或發電(dian)，以改善余(yu)熱(re)發電(dian)或者供(gong)汽的經濟性。