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兆陽高溫固體儲熱技術介紹及典型應用
發布者:xylona | 來源:CHPlaza清潔供熱平臺 | 0評論 | 5294查看 | 2023-06-30 16:00:56    

6月13日,2023中國(guo)國(guo)際光熱(re)大會(hui)暨CSPPLAZA第十屆(jie)年會(hui)在浙江杭州盛大召開,北京兆(zhao)陽光熱(re)技術(shu)有限(xian)公司(簡(jian)稱“兆(zhao)陽”)副總經理李維就《兆(zhao)陽高溫固體儲熱(re)技術(shu)介紹及(ji)典型應用》作主題演講。


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▲北(bei)京(jing)兆陽(yang)光熱技術(shu)有限公司副(fu)總經理(li)李維


大規模高溫儲熱產業現狀


李(li)維表(biao)示,在全(quan)球(qiu)的(de)(de)用戶終端(duan)需求中,熱能(neng)和冷能(neng)約占總能(neng)耗的(de)(de)一半,而在全(quan)球(qiu)能(neng)源預算中,有90%的(de)(de)能(neng)量是圍繞(rao)能(neng)源的(de)(de)轉換(huan)、傳輸和存儲進(jin)行的(de)(de)。


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上圖(tu)是(shi)近20年關于(yu)儲(chu)(chu)(chu)能的(de)(de)專利(li)和(he)(he)文章的(de)(de)數據變化,可(ke)以(yi)看(kan)出每年增長(chang)較(jiao)快。另外,由2020年各儲(chu)(chu)(chu)能技(ji)術的(de)(de)占比圖(tu)可(ke)見,儲(chu)(chu)(chu)冷(leng)和(he)(he)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)占比約(yue)40%,由于(yu)熱(re)力學電力的(de)(de)約(yue)束(shu),熱(re)都以(yi)中間(jian)產物和(he)(he)副產物的(de)(de)形式(shi)存在(zai),因此(ci)存在(zai)著可(ke)被大量存儲(chu)(chu)(chu)的(de)(de)空間(jian)。


李維表示,顯(xian)熱(re)(re)儲熱(re)(re)技術成熟、操作(zuo)簡單(dan),是目(mu)前應用最(zui)廣泛(fan)的(de)儲熱(re)(re)方式之一(yi)。顯(xian)熱(re)(re)儲熱(re)(re)按照材料(liao)的(de)物態(tai)可分(fen)為固態(tai)和液態(tai)。常見的(de)固態(tai)相變材料(liao)包含混(hun)凝土(tu)、鎂磚、鵝卵石等。常見的(de)液態(tai)顯(xian)熱(re)(re)材料(liao)包括水、導(dao)熱(re)(re)油、液態(tai)金屬和熔融鹽等。


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▲不同儲熱方式的(de)主要(yao)特點


兆陽高溫固體儲熱技術特點


李維介(jie)紹,兆(zhao)陽固(gu)體(ti)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)系(xi)統(tong)通常由多個(ge)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)單元組合而成,單元結構(gou)包(bao)括換熱(re)(re)管、匹(pi)配(pei)及熱(re)(re)擴散結構(gou)、混(hun)(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)體(ti)及外(wai)部(bu)保溫(wen)層,標準(zhun)截面上均(jun)勻布置用于熱(re)(re)交換的換熱(re)(re)管路(lu),換熱(re)(re)管路(lu)與混(hun)(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)體(ti)之(zhi)(zhi)間(jian)通過兆(zhao)陽專利技術的高導熱(re)(re)性能的匹(pi)配(pei)及熱(re)(re)擴散結構(gou)相連(lian),在達到儲(chu)(chu)(chu)放過程換熱(re)(re)功率的同時,又能有效解決金屬管路(lu)與儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)(ning)土(tu)之(zhi)(zhi)間(jian)的漲縮尺(chi)寸匹(pi)配(pei)問題(ti),從(cong)而實現該固(gu)體(ti)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)(re)系(xi)統(tong)的長期(qi)安全(quan)可靠工作,具有低(di)成本高性能的顯著(zhu)優勢。


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他表(biao)示,兆陽混(hun)凝土技(ji)術的主要(yao)特點如下(xia):


(1)安全:混凝(ning)土性能(neng)穩定(ding),無(wu)燃燒(shao)、爆(bao)炸、環境污染等風(feng)(feng)險(xian)(xian),不存(cun)在(zai)鍋爐過燒(shao)、爆(bao)管(guan)的運行(xing)風(feng)(feng)險(xian)(xian);


(2)基(ji)礎容量大(da):每一層混凝土可知性的溫度波動有(you)限,大(da)概在40℃、50℃,所以它(ta)在即使儲熱完成之后還有(you)相當大(da)的熱量儲存,可以作為啟動電源(yuan)。


(3)原(yuan)料(liao)樸素(su):原(yuan)材(cai)料(liao)為水(shui)泥(ni)、沙、石等,來源廣泛(fan),整體成本低;


(4)同時存(cun)取:多混凝土(tu)模塊可協調統一(yi)進行蒸(zheng)汽(qi)熱量(liang)存(cun)/取工(gong)作;


(5)運行費用(yong)低(di):指泵、冷凝還有人員費用(yong)都(dou)比較低(di);


(6)模(mo)塊(kuai)(kuai)化:混凝土(tu)可模(mo)塊(kuai)(kuai)化預(yu)制(zhi)生產,現場吊裝(zhuang)連管,縮短施工工期。


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▲運行原理


上圖是(shi)李維展示的光熱電(dian)站級的流程(cheng)圖。


李維表示,假如(ru)混凝土共27、28米(mi)高,其高度約十(shi)幾層,其溫度示意圖則如(ru)下所(suo)示。


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“我們可以(yi)看到它像一個階梯式的,在儲熱(re)(re)過程(cheng)整體溫度都在上升(sheng),取(qu)熱(re)(re)時整體都在下降(jiang),但是(shi)(shi)(shi)每個人的工作范圍都是(shi)(shi)(shi)有限的,所以(yi)我們稱之(zhi)為(wei)‘基礎容量大’。其主(zhu)要的材(cai)料是(shi)(shi)(shi)水泥、沙子、石(shi)子,來(lai)源(yuan)廣泛,比較便(bian)宜。”


其施工過程如下圖。


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▲施工過程


李維表(biao)示(shi),兆陽儲(chu)熱(re)(re)混凝(ning)(ning)土(tu)的熱(re)(re)物(wu)性由專業機(ji)構使用進口高品質(zhi)熱(re)(re)物(wu)性測試儀器(qi)進行測試,結果表(biao)明,兆陽專利配方儲(chu)熱(re)(re)混凝(ning)(ning)土(tu)在常溫下綜(zong)合(he)導(dao)熱(re)(re)系數(shu)>2.2W/(m.K),350℃下的綜(zong)合(he)導(dao)熱(re)(re)系數(shu)>1.6W/(m.K),導(dao)熱(re)(re)性能優良。該性能指(zhi)標(biao)混凝(ning)(ning)土(tu)的綜(zong)合(he)成(cheng)本較低,完全滿(man)足(zu)光熱(re)(re)發電儲(chu)熱(re)(re)要求(qiu)。


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▲儲熱(re)(re)混凝土(tu)導熱(re)(re)系(xi)數測(ce)試結果


李維表示,兆陽的(de)(de)專利技術可有(you)效(xiao)解決(jue)高導熱(re)性(xing)能及(ji)膨(peng)脹匹配問題,其做(zuo)基礎研究時,在換(huan)熱(re)管道外壁的(de)(de)翅片上做(zuo)了很多的(de)(de)研究,仿真、測(ce)試(shi)。


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測試結果如下圖,包括比熱容(rong)、導熱系數、密度(du)(du)、線膨脹系數、平均抗(kang)壓強度(du)(du)。


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▲配方混凝土基本熱學性能指標


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▲抗(kang)壓強(qiang)度隨(sui)循環次數的(de)變化曲線


李(li)維表示,這(zhe)其中有一個特別(bie)重要(yao)的(de)性能(neng)即(ji)取(qu)熱和儲熱的(de)性能(neng),“我(wo)們(men)稱它為(wei)單(dan)位長度換熱能(neng)力,例如(ru)混凝土(tu)的(de)平均溫度與管(guan)(guan)道(dao)(dao)壁面溫差在10℃的(de)情(qing)況下(xia)(xia)單(dan)位換熱性能(neng)是(shi)多少(shao)呢?我(wo)們(men)設(she)計(ji)是(shi)100 W/m,這(zhe)是(shi)由很多密密麻(ma)麻(ma)的(de)管(guan)(guan)道(dao)(dao)組成的(de)整體儲熱能(neng)力,經過測試(shi)滿足我(wo)們(men)的(de)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)。這(zhe)里面是(shi)考量了全部的(de)縫(feng)隙、膨脹還有運(yun)行過程當中一些(xie)橫向(xiang)上的(de)裂縫(feng)。”綜合(he)考量之后,結果(guo)如(ru)下(xia)(xia)圖。


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▲單根管路儲熱、取熱測試


應用場景及案例分析


應用場景一:光熱電站


以兆陽張家(jia)口(kou)15MW光熱(re)發電項目(mu)-720MWh混凝(ning)土固(gu)體(ti)儲(chu)熱(re)項目(mu)為例,該(gai)項目(mu)鏡廠占地約85萬平米,鏡面面積(ji)38萬平米,儲(chu)熱(re)介質(zhi):耐高溫(wen)混凝(ning)土,儲(chu)熱(re)容量720MWh,長*寬*高:36m*27.5m*28m。


技(ji)(ji)術(shu)來源:兆陽光(guang)熱(re)經(jing)濟型高倍菲涅爾式聚光(guang)技(ji)(ji)術(shu)、直接蒸汽發生技(ji)(ji)術(shu)(DSG)以(yi)及(ji)耐熱(re)混凝土儲(chu)熱(re)技(ji)(ji)術(shu)2018年建成(cheng)項目一(yi)期18萬(wan)平(ping)米鏡面以(yi)及(ji)全容量儲(chu)熱(re)體,進行了一(yi)系(xi)(xi)列性(xing)(xing)能測試及(ji)試運,測試結果滿足系(xi)(xi)統(tong)的(de)設計要(yao)求,儲(chu)取(qu)熱(re)性(xing)(xing)能滿足設計要(yao)求。


應用場景二:火電站的靈活性改造


李維表示“鍋爐產生的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)全(quan)部進(jin)入(ru)汽(qi)(qi)輪機,部分蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)通(tong)過(guo)我(wo)們(men)的(de)(de)儲(chu)熱(re)系統進(jin)行儲(chu)熱(re),有一(yi)個模型:7.5MPa的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi),500℃蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)進(jin)行存儲(chu),輸出1.3MPa300℃,年需求量是(shi)(shi)18萬噸的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi),我(wo)們(men)整體設計(ji)的(de)(de)儲(chu)熱(re)容量是(shi)(shi)460MWh,然后大(da)概(gai)為(wei)1萬立(li)方的(de)(de)混凝土,造價是(shi)(shi)5400萬元左(zuo)右,單位體積造價是(shi)(shi)117元/kWh。”


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應用場景三:電蓄熱向生產型企業供蒸汽


假定年需求(qiu)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)量為30000t,供汽(qi)時(shi)長(chang)24h,設備谷電蓄熱(re)時(shi)長(chang)為8h,蒸(zheng)(zheng)汽(qi)參(can)數(shu)(shu):0.6MPa飽和蒸(zheng)(zheng)汽(qi),根(gen)據以上(shang)設計參(can)數(shu)(shu)計算(suan)固體電蓄熱(re)設備,其(qi)主要(yao)參(can)數(shu)(shu)如下所示:


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應用場景四:電蓄熱向小區冬季供暖


據李維(wei)介(jie)紹(shao),假設一個供暖建筑面(mian)積10萬(wan)㎡,熱(re)負荷按照35W/㎡計算,需要容(rong)量是56MWh,整體是80m3的混凝土,造價477萬(wan)元(yuan),單位體積造價可(ke)達84元(yuan)/kWh。


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公司簡介


北(bei)京兆陽光熱技術(shu)有限公司(si)及(ji)其關聯(lian)公司(si)致力于太陽能光熱利用技術(shu)的(de)開發(fa)及(ji)推廣。公司(si)的(de)核心(xin)團隊由數(shu)名(ming)清華(hua)學子組(zu)成,秉持行(xing)勝于言的(de)理(li)念,經過(guo)近(jin)20年的(de)研發(fa)歷程,形成了(le)一套原創光熱技術(shu)體(ti)系,并具備(bei)全產業鏈(lian)完(wan)整自(zi)主知識(shi)產權。


北(bei)京兆陽的類菲(fei)涅(nie)爾聚光集熱(re)技術(shu)和(he)大規(gui)模儲(chu)熱(re)技術(shu)除了整(zheng)體應用于(yu)太陽能(neng)熱(re)發電(dian)外,其組成部(bu)分及其衍生產品(pin)還可(ke)被單獨應用于(yu)工業(ye)熱(re)水/蒸汽(qi)、火電(dian)站(zhan)靈(ling)活性改造、城(cheng)鎮供熱(re)、海水淡化、農業(ye)畜牧業(ye)供熱(re)等(deng)領域,清潔、經濟(ji)、安全。


北京兆陽的全資(zi)子公司四川蘇(su)能電力(li)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)設計(ji)有限公司具備電力(li)行(xing)(xing)業(ye)新能源發電、變電工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)、送電工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)、火(huo)力(li)發電(含核電站常規(gui)島設計(ji))和建筑(zhu)行(xing)(xing)業(ye)(建筑(zhu)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng))等工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)設計(ji)資(zi)質,以及(ji)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)勘(kan)察、工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)測(ce)量、電力(li)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)施工(gong)(gong)(gong)(gong)總(zong)承(cheng)包、建筑(zhu)工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)施工(gong)(gong)(gong)(gong)總(zong)承(cheng)包等系列資(zi)質,可從(cong)事資(zi)質證書許可范圍內相(xiang)應(ying)的建設工(gong)(gong)(gong)(gong)程(cheng)總(zong)承(cheng)包業(ye)務。


公(gong)司對外提供(gong)全(quan)套太陽能光(guang)熱(re)技術服(fu)務,承(cheng)接聚光(guang)集熱(re)系(xi)統及儲熱(re)系(xi)統的研發、制造、銷售(shou);并提供(gong)技術咨詢、方(fang)案(an)解決、光(guang)熱(re)電站EPC服(fu)務及升級改造、調試運維等(deng)服(fu)務。

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