01、光熱發電的新(xin)發展(zhan)
自(zi)2016年9月國家(jia)發改(gai)委和國家(jia)能(neng)(neng)源局相繼公布了(le)太(tai)陽能(neng)(neng)熱(re)發電(dian)(dian)(dian)標桿上(shang)網電(dian)(dian)(dian)價政(zheng)策(每千(qian)瓦(wa)(wa)時1.15元)及第一批太(tai)陽能(neng)(neng)熱(re)發電(dian)(dian)(dian)示范(fan)項目(mu)名單,我國太(tai)陽能(neng)(neng)熱(re)發電(dian)(dian)(dian)項目(mu)的(de)商業化(hua)建設與運(yun)行(xing)(xing)拉開(kai)了(le)序幕。2021年9月28日,海南基地青豫(yu)直(zhi)流(liu)二期340萬(wan)千(qian)瓦(wa)(wa)外(wai)送項目(mu)、海西(xi)基地青豫(yu)直(zhi)流(liu)二期190萬(wan)千(qian)瓦(wa)(wa)外(wai)送項目(mu)進行(xing)(xing)了(le)中標候選人公示,其中包括了(le)中國電(dian)(dian)(dian)建集團西(xi)北勘測設計(ji)研究院有限公司(簡稱(cheng)中國電(dian)(dian)(dian)建西(xi)北院)在(zai)內的(de)300MW光熱(re)項目(mu)。太(tai)陽能(neng)(neng)熱(re)發電(dian)(dian)(dian)技術已經成為構建以新(xin)能(neng)(neng)源為主體的(de)新(xin)型電(dian)(dian)(dian)力系統的(de)重要(yao)技術支(zhi)撐。
02、吸熱器(qi)技術新突破
在塔(ta)式光(guang)熱(re)(re)(re)(re)電站中,吸(xi)(xi)熱(re)(re)(re)(re)器將高倍太陽能(neng)聚光(guang)轉化為高溫(wen)熱(re)(re)(re)(re)能(neng),是(shi)整個系(xi)統(tong)的關(guan)鍵部(bu)件之一。吸(xi)(xi)熱(re)(re)(re)(re)器的性能(neng)直接決定了吸(xi)(xi)熱(re)(re)(re)(re)介(jie)質的出口溫(wen)度,進而影響到后續熱(re)(re)(re)(re)功轉換(huan)效(xiao)(xiao)率,因此吸(xi)(xi)熱(re)(re)(re)(re)器的長(chang)(chang)期穩定運行是(shi)發(fa)電系(xi)統(tong)長(chang)(chang)效(xiao)(xiao)運行的關(guan)鍵。
根據傳(chuan)熱方(fang)式的不(bu)同,吸(xi)熱器可(ke)分為容積(ji)式吸(xi)熱器與管(guan)(guan)式吸(xi)熱器兩(liang)大類(lei)。管(guan)(guan)式吸(xi)熱器中吸(xi)熱工質(zhi)的溫度(du)(du)要(yao)比管(guan)(guan)壁溫度(du)(du)低,吸(xi)熱工質(zhi)所能(neng)達(da)到的最高溫度(du)(du)受管(guan)(guan)壁材料(liao)的限制。容積(ji)式吸(xi)熱器中,由(you)于多孔介(jie)質(zhi)材料(liao)有較大的傳(chuan)熱面積(ji),故吸(xi)熱工質(zhi)的溫度(du)(du)往(wang)往(wang)能(neng)夠達(da)到多孔介(jie)質(zhi)的溫度(du)(du),最高可(ke)達(da)1200℃。
圖(tu)1:管式吸熱器(左)與容(rong)積式吸熱器(右)的傳(chuan)熱原理(li)
(1)管式吸熱器
外露(lu)管式吸熱(re)(re)結(jie)構(gou)簡單,可接收360°范圍內的太陽輻射,有(you)利于鏡(jing)場大規(gui)模布(bu)置,是(shi)目前應用最廣泛(fan)的吸熱(re)(re)器形式。但(dan)外露(lu)管式吸熱(re)(re)器也(ye)存在不足之處(chu),尤其(qi)是(shi)反射、輻射及對流散熱(re)(re)造成的能(neng)量損失較大,熱(re)(re)效(xiao)率相對較低。
中國(guo)電(dian)建西(xi)北院(yuan)依托青海共(gong)和(he)50MW熔鹽塔(ta)式光熱電(dian)站(zhan),對外露管式吸熱器開展了系(xi)列(lie)研究。
通過(guo)對(dui)(dui)實際氣(qi)象條件下的(de)動靜態(tai)仿真,分析(xi)了太(tai)陽(yang)法向(xiang)直射(she)(she)輻照(zhao)(zhao)度(du)(du)擾動下吸(xi)(xi)(xi)熱器(qi)(qi)出口熔鹽溫度(du)(du)、表(biao)面(mian)最高溫度(du)(du)、散熱功(gong)率的(de)過(guo)渡過(guo)程響應時間對(dui)(dui)吸(xi)(xi)(xi)熱管軸向(xiang)溫度(du)(du)梯度(du)(du)的(de)影(ying)響,并利用(yong)外露管式吸(xi)(xi)(xi)熱器(qi)(qi)特性參數與太(tai)陽(yang)法向(xiang)直射(she)(she)輻照(zhao)(zhao)度(du)(du)和熔鹽流(liu)量(liang)三(san)者間的(de)定量(liang)關系改進了運行中的(de)熔鹽流(liu)量(liang)調整策略。
圖2:青海共和50MW熔鹽塔式光熱電站吸熱器及管屏
除(chu)了(le)外露管式吸(xi)熱(re)器(qi)(qi),商業(ye)應用的(de)管式吸(xi)熱(re)器(qi)(qi)還有二(er)(er)次(ci)反射(she)塔管式吸(xi)熱(re)器(qi)(qi)。該種吸(xi)熱(re)器(qi)(qi)布置在二(er)(er)次(ci)反射(she)鏡(jing)(jing)下部(bu),吸(xi)收由(you)一(yi)次(ci)反射(she)鏡(jing)(jing)匯(hui)聚(ju)并經(jing)過(guo)(guo)二(er)(er)次(ci)反射(she)鏡(jing)(jing)折射(she)的(de)太陽能,吸(xi)熱(re)器(qi)(qi)內(nei)通過(guo)(guo)熔(rong)鹽帶走由(you)鏡(jing)(jing)場匯(hui)聚(ju)的(de)熱(re)量。
圖3:二次反射塔光熱電站吸熱器及原理
(2)容積式吸熱器
容(rong)積式吸熱器(qi)中(zhong),管屏布(bu)置在(zai)空腔內,散(san)熱損失小,熱效率較高。但腔體式吸熱器(qi)的窗口朝向一(yi)側(ce),只能接(jie)收(shou)一(yi)定范圍內的太陽輻射,定日鏡場的布(bu)置受(shou)到(dao)一(yi)定限制。目前商業應用的容(rong)積式吸熱器(qi)有多以空氣為吸熱介質,如TSA、SOLAIR-3000、REFOS等(deng)。
圖4:容積式吸熱器示意圖
隨著超臨界二氧化碳布(bu)雷頓(dun)循環技術和設備的(de)逐步成熟,容積式(shi)(shi)吸(xi)熱器(qi)(qi)憑借其高溫特性,再次成為(wei)國(guo)內外(wai)光(guang)熱行(xing)業關注的(de)焦點。美國(guo)桑迪亞國(guo)家實(shi)驗室(SNL)采用鋁土礦顆粒(li)作為(wei)傳(chuan)儲熱介質(zhi),放入由耐火絕(jue)緣墻(qiang)組成的(de)空(kong)腔內,形(xing)成開路腔式(shi)(shi)吸(xi)熱器(qi)(qi)。另外(wai),德國(guo)航(hang)空(kong)航(hang)天中心DLR也(ye)在研(yan)發以1毫米的(de)陶瓷(ci)粒(li)子為(wei)吸(xi)熱介質(zhi)的(de)腔式(shi)(shi)吸(xi)熱器(qi)(qi)。
03、結語
隨著吸(xi)熱(re)介(jie)質材(cai)料(liao)如金(jin)(jin)屬顆(ke)粒(li)、陶瓷顆(ke)粒(li)、液態金(jin)(jin)屬等耐高溫材(cai)料(liao)的逐步(bu)成(cheng)熟,陶瓷泡沫、金(jin)(jin)屬泡沫等新材(cai)料(liao)在吸(xi)熱(re)器結構優化(hua)領域的應用(yong)突破,高溫吸(xi)熱(re)器已(yi)經成(cheng)為支撐塔式(shi)太(tai)陽能熱(re)發電向高參數、高效率發展的重(zhong)要技術支撐。
參考資料
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