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近日，北京工(gong)業大(da)學校聘教授(shou)、博士生導師、內蒙古(gu)百川光熱科技有限公司首席(xi)技術(shu)專家張燦燦出席(xi)了(le)由ESPLAZA長(chang)時(shi)儲能網(wang)、國(guo)家儲能技術(shu)產教融合(he)創新平臺（華北電力大(da)學）共同主辦(ban)的2023首屆中國(guo)長(chang)時(shi)儲能大(da)會，并作主題報告《低熔點(dian)寬液體溫域高溫混合(he)熔鹽的研發及應用(yong)》。

▲北京工業大(da)學教授張燦燦

一、發展低成本大容量新型長時儲能技術迫在眉睫

2060年，我國風光間歇性(xing)可再(zai)生能(neng)源(yuan)發(fa)電占比(bi)(bi)將逐步(bu)提高至80%，需配套足夠容量的儲(chu)能(neng)系統(tong)。目前抽(chou)水蓄能(neng)在全球儲(chu)能(neng)裝機占比(bi)(bi)86%，但(dan)受地形條件限制較大(da)。張燦燦認為，我們迫切需要發(fa)展抽(chou)水蓄能(neng)之外的低成本大(da)容量新型長時(shi)儲(chu)能(neng)技術(shu)。

據(ju)張燦燦介紹，熱(re)(re)(re)能占(zhan)社會總能耗(hao)的(de)51%，儲熱(re)(re)(re)在碳達峰、碳中和目(mu)標實現中將扮演不可替代的(de)重(zhong)要作用。就目(mu)前來看，顯熱(re)(re)(re)儲熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)成(cheng)熟度最高(gao)、應用較為廣(guang)泛(fan)；潛熱(re)(re)(re)儲熱(re)(re)(re)是研究熱(re)(re)(re)點(dian)；熱(re)(re)(re)化學儲熱(re)(re)(re)尚未(wei)成(cheng)熟。而(er)熔鹽(yan)儲熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)具有傳熱(re)(re)(re)性能好、使(shi)用成(cheng)本較低且安(an)全可靠的(de)優點(dian)，可以作為大力發(fa)展的(de)顯熱(re)(re)(re)儲熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)之一(yi)。

二、熔鹽儲熱技術的特點及應用

張燦燦表示，單一熔鹽液(ye)體溫(wen)度(du)范圍窄，傳熱蓄熱熔鹽一般采用混合熔鹽。對于熔鹽在固態(tai)與熔化(hua)后液(ye)態(tai)的不同(tong)狀態(tai)，張燦燦也給出了直觀的展(zhan)示。

    固態熔鹽(yan)(yan)                                      液態熔鹽(yan)(yan)

關于(yu)熔(rong)(rong)鹽(yan)儲熱(re)(re)(re)技術的特點(dian)，張燦燦解釋，相較(jiao)于(yu)水、導熱(re)(re)(re)油(you)、熱(re)(re)(re)態金屬和(he)熱(re)(re)(re)空氣來說，熔(rong)(rong)鹽(yan)的儲熱(re)(re)(re)密度(du)高(gao)、成本低、傳熱(re)(re)(re)系數(shu)高(gao)，可以很精準控制溫度(du)，當然(ran)也存在著熔(rong)(rong)點(dian)以下可能會發生凝固凍(dong)堵管路(lu)的問題(ti)。

綜合多方(fang)因素(su)來看，張燦燦表示：“雙罐高溫熔鹽液體顯(xian)熱蓄熱是低成本(ben)、長(chang)壽命、大容量長(chang)時儲(chu)能技術”。

張(zhang)燦燦介紹，熔鹽(yan)儲(chu)熱技(ji)術的應(ying)用十分(fen)廣泛，在(zai)雙碳目標實現(xian)中將(jiang)發揮重(zhong)要作用。

在供電側，熔鹽儲熱(re)技術可以應用于太陽能熱(re)發電、火(huo)電廠深度調峰等清(qing)潔能源的生產。

在電(dian)網側，熔(rong)鹽儲(chu)熱(re)技術(shu)于(yu)電(dian)熱(re)儲(chu)熱(re)熱(re)電(dian)聯供儲(chu)能(neng)電(dian)站(zhan)、熱(re)泵儲(chu)熱(re)發電(dian)儲(chu)能(neng)電(dian)站(zhan)、壓(ya)縮(suo)空氣儲(chu)能(neng)電(dian)站(zhan)等(deng)方面(mian)都有應(ying)用價值。

在(zai)用戶側，熔鹽儲(chu)熱技(ji)術可以應用于谷電(dian)或棄風棄光(guang)電(dian)加(jia)熱儲(chu)熱供熱/暖(nuan)、集成(cheng)儲(chu)熱的太陽(yang)能供熱/暖(nuan)、間歇(xie)余熱加(jia)熱儲(chu)熱供熱/暖(nuan)、分布(bu)式太陽(yang)能熱電(dian)（冷(leng)）聯供等清潔取暖(nuan)方面。

三、低熔點寬液體溫域高溫混合熔鹽的研發

北京工業大學熔(rong)鹽(yan)(yan)傳(chuan)熱(re)(re)(re)蓄(xu)熱(re)(re)(re)的研(yan)究主要(yao)分(fen)為三個(ge)部分(fen)，分(fen)別是(shi)：混合熔(rong)鹽(yan)(yan)制(zhi)備(bei)與熱(re)(re)(re)物性研(yan)究、熔(rong)鹽(yan)(yan)對流傳(chuan)熱(re)(re)(re)機(ji)理(li)及(ji)設(she)備(bei)研(yan)發(fa)、混合熔(rong)鹽(yan)(yan)傳(chuan)熱(re)(re)(re)蓄(xu)熱(re)(re)(re)系統(tong)應用及(ji)研(yan)發(fa)。

為保證研究的順(shun)利(li)推進，北(bei)京工業大(da)學設立了(le)完(wan)整的熱(re)物性測試(shi)和(he)熔鹽換熱(re)試(shi)驗平臺(tai)：

張燦燦指(zhi)出，顯熱(re)(re)儲(chu)熱(re)(re)材(cai)料的發(fa)展重點是提高(gao)(gao)(gao)(gao)儲(chu)熱(re)(re)密(mi)度(du)，提高(gao)(gao)(gao)(gao)熔鹽儲(chu)熱(re)(re)密(mi)度(du)一是增加比熱(re)(re)，二是提高(gao)(gao)(gao)(gao)溫域。低(di)熔點、高(gao)(gao)(gao)(gao)分解溫度(du)、寬溫域、高(gao)(gao)(gao)(gao)儲(chu)熱(re)(re)密(mi)度(du)、低(di)腐蝕(shi)、低(di)成本是熔鹽儲(chu)熱(re)(re)材(cai)料的發(fa)展方向。

北京工業大學通過在二元(yuan)熔(rong)鹽(yan)(yan)中添加其他種(zhong)類熔(rong)鹽(yan)(yan)或替代二元(yuan)熔(rong)鹽(yan)(yan)的(de)(de)某種(zhong)組分，先后(hou)配制了(le)二百余種(zhong)混合熔(rong)鹽(yan)(yan)配方，篩選出幾(ji)種(zhong)性能較好的(de)(de)熔(rong)鹽(yan)(yan)，張燦燦從價(jia)格、熔(rong)點、分解溫度等方面對其進(jin)行了(le)詳細的(de)(de)性能對比。

四、幾種低熔點高性能熔鹽詳細介紹

1、低熔(rong)點含鋰四元熔(rong)鹽

據張燦燦介紹(shao)，研究(jiu)人(ren)員(yuan)通過添(tian)加硝酸鋰和添(tian)加劑A進入(ru)太陽鹽(yan)(yan)，先(xian)后配制了15種(zhong)四元混(hun)合(he)硝酸熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)，優(you)選(xuan)獲(huo)得了一種(zhong)低熔(rong)(rong)點四元熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)優(you)化配方(fang),該配方(fang)的熔(rong)(rong)點是(shi)97℃，分解溫度是(shi)612℃。

然后，研究人員對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)了1000次高(gao)低溫(wen)熱沖(chong)擊試驗和1200小時的恒高(gao)溫(wen)試驗，結果表(biao)明(ming)該熔鹽大部分熱物性在(zai)穩定(ding)性試驗前后主要熱物性參(can)數的變(bian)化率不超過10％，證明(ming)該熔鹽具有很好的熱穩定(ding)性，可以在(zai)工(gong)程(cheng)上(shang)長期(qi)使(shi)用。

研究人員同時(shi)對該熔鹽的腐蝕性進行了研究，結(jie)果如下：

對于(yu)該配方的應用，張(zhang)燦燦介紹，北京工業大學采(cai)用低(di)熔(rong)點四元含鋰熔(rong)鹽代替導熱油做為吸(xi)熱傳(chuan)(chuan)熱工質，在槽式(shi)聚(ju)光集熱傳(chuan)(chuan)熱系統中成功(gong)實現了(le)循環，并(bing)在校內搭建了(le)集熱系統，成功(gong)運行(xing)5000小時。

2、LMPS I低成(cheng)本低熔(rong)點無鋰四(si)元熔(rong)鹽

研究(jiu)人員在HITEC鹽的(de)基礎上添加A添加劑，先后配(pei)制了11種無鋰(li)四元硝(xiao)酸熔鹽，優選獲(huo)得了一種低成本低熔點(dian)(dian)(dian)混合熔鹽優化(hua)配(pei)方（LMPS I）,該配(pei)方的(de)熔點(dian)(dian)(dian)為86.5℃，分解溫(wen)度629.9℃，初晶(jing)點(dian)(dian)(dian)158.4℃。

然后(hou)，研究(jiu)人員(yuan)對(dui)其密度(du)、粘度(du)、比(bi)熱(re)(re)、導熱(re)(re)系數進(jin)行了測試，并與Solar Salt進(jin)行對(dui)比(bi)，發現該(gai)配方的各項物性均(jun)優(you)于太(tai)陽(yang)鹽。

同時(shi)(shi)進行的600℃恒溫1008h實驗發現，該四元熔鹽(yan)熔點(dian)隨(sui)恒溫時(shi)(shi)間增加，穩定(ding)性無明(ming)顯變化(hua)，初晶點(dian)基本沒(mei)有(you)較大波動。而太(tai)陽鹽(yan)分解溫度波動幅度更大，證明(ming)四元熔鹽(yan)600℃下性能優(you)于太(tai)陽鹽(yan)。

張燦(can)燦(can)表示，北(bei)京工(gong)業大學進(jin)一步對LMPS I低成本(ben)低熔點無鋰四元(yuan)熔鹽分別進(jin)行(xing)了(le)500次高低溫熱沖擊(ji)(ji)實(shi)驗、動態(tai)和靜態(tai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)測試、浸沒射流沖擊(ji)(ji)傳熱的實(shi)驗研究，結果均證明四元(yuan)熔鹽相比太陽鹽更具有(you)穩定性(xing)，在實(shi)際工(gong)程應用中更能體現應用價值(zhi)。

在(zai)應用場景方(fang)面(mian)(mian)，張(zhang)燦燦介紹，改配方(fang)應用于內蒙(meng)古低熔(rong)點熔(rong)鹽(yan)單(dan)(dan)罐蓄(xu)(xu)熱(re)(re)供熱(re)(re)示范工(gong)程(cheng)，該工(gong)程(cheng)研發了(le)(le)變截面(mian)(mian)浸(jin)沒(mei)式(shi)盤管與隔(ge)板耦合的(de)單(dan)(dan)罐熔(rong)鹽(yan)蓄(xu)(xu)熱(re)(re)系(xi)統(tong)，解決了(le)(le)傳統(tong)單(dan)(dan)罐蓄(xu)(xu)熱(re)(re)系(xi)統(tong)取熱(re)(re)溫度(du)不能穩(wen)定的(de)難題。

據(ju)悉，LMPS I低熔點熔鹽(yan)已成功(gong)應(ying)用20噸(dun)于河北臨城(cheng)8kW集成熔鹽(yan)傳熱蓄熱的單螺桿有機(ji)朗肯循環分布式太(tai)陽能熱發(fa)電示范工程(cheng)、33噸(dun)于可勝德(de)令哈熔鹽(yan)傳熱蓄熱工程(cheng)驗證平臺(tai)、240噸(dun)于華能集團(tuan)魏(wei)家峁火電廠熔鹽(yan)傳熱儲熱調峰示范工程(cheng)。

3、LMPS II低熔(rong)點二元(yuan)混合硝酸熔(rong)鹽

研究人員先后配(pei)制了(le)十九種不同配(pei)比(bi)的混(hun)合熔(rong)鹽，優(you)選獲得了(le)一種低熔(rong)點二(er)元(yuan)混(hun)合熔(rong)鹽配(pei)方，其熔(rong)點為(wei)118℃，分解點為(wei)569℃，熔(rong)點遠低于目前(qian)常(chang)用的Solar Salt和Hitec。

張燦(can)燦(can)表(biao)示，北京工(gong)業大學進行了(le)低(di)成(cheng)本(ben)低(di)熔點二元混合(he)熔鹽(yan)(yan)的(de)1200h恒(heng)溫500℃不同階段取樣的(de)熱(re)物性測試，比較(jiao)了(le)低(di)成(cheng)本(ben)二元混合(he)熔鹽(yan)(yan)比熱(re)、熔點、熱(re)分解點、粘度、導熱(re)系數(shu)(shu)等熱(re)物性參(can)數(shu)(shu)在恒(heng)溫1200h前后的(de)變化，結果(guo)表(biao)明(ming)低(di)成(cheng)本(ben)二元混合(he)熔鹽(yan)(yan)的(de)熱(re)物性參(can)數(shu)(shu)的(de)變化率在±10%以內。

在腐蝕(shi)性實驗中，300℃和500℃條件(jian)下，不銹鋼316L的平均腐蝕(shi)速率(lv)分別約(yue)為0.002和0.008mm/y，腐蝕(shi)速率(lv)較低。同時進行了受迫對流(liu)傳熱(re)試驗，獲得了二元熔鹽對流(liu)熔鹽的關聯式(shi)：

據張燦燦介紹(shao)，LMPS II低(di)(di)熔(rong)(rong)(rong)(rong)點二元(yuan)混合(he)硝酸(suan)熔(rong)(rong)(rong)(rong)鹽已成(cheng)(cheng)功應用于首個低(di)(di)谷(gu)電加熱熔(rong)(rong)(rong)(rong)鹽蓄熱綠色供(gong)(gong)暖(nuan)示范工程(cheng)(cheng)，使(shi)用450t低(di)(di)熔(rong)(rong)(rong)(rong)點熔(rong)(rong)(rong)(rong)鹽，為(wei)居民供(gong)(gong)暖(nuan)7.5萬(wan)㎡，2016年11月(yue)建(jian)成(cheng)(cheng)運行。同(tong)時也有200t低(di)(di)熔(rong)(rong)(rong)(rong)點熔(rong)(rong)(rong)(rong)鹽為(wei)河北臨城熔(rong)(rong)(rong)(rong)鹽蓄熱谷(gu)電加熱1.8萬(wan)平(ping)米建(jian)筑供(gong)(gong)熱示范工程(cheng)(cheng)供(gong)(gong)暖(nuan)1.8萬(wan)㎡。

4、HLMPS I低熔(rong)點高分解溫度(du)三元(yuan)熔(rong)鹽

HLMPS I配方(fang)熔點為138.6℃，分解(jie)溫度(du)可以達(da)到734℃。與上(shang)述幾種(zhong)配方(fang)不(bu)同(tong)的是，該熔鹽的比熱、粘度(du)、導(dao)熱、密度(du)等(deng)熱物性檢測具有第(di)三方(fang)的檢測報(bao)告(gao)，檢測效果良好。

張燦(can)(can)燦(can)(can)進(jin)一(yi)步指出，對此配方，北京工業(ye)大(da)學分別進(jin)行了恒高溫(wen)1000h和高低溫(wen)熱沖擊500次(ci)的(de)穩定性測試，熔鹽的(de)熱物性變化不大(da)。在HLMPS I熔鹽腐(fu)蝕性實驗中，結(jie)果表明N06625、Sanicro25和347H鋼在高溫(wen)下具有較(jiao)好的(de)抗(kang)腐(fu)蝕性。

張(zhang)燦(can)燦(can)分別介紹了HLMPS I低熔(rong)點高(gao)分解(jie)溫度三元熔(rong)鹽在濟源鋼(gang)鐵高(gao)溫熔(rong)鹽淬(cui)火鋼(gang)絲生產(chan)線和(he)寶(bao)武鋼(gang)鐵南(nan)通高(gao)溫熔(rong)鹽淬(cui)火鋼(gang)絲生產(chan)線上的應(ying)用，主要用途(tu)是冷(leng)卻鋼(gang)絲，使用量分別為45t和(he)10t。

張燦(can)燦(can)最后總(zong)結表示(shi)：熔鹽儲(chu)熱(re)(re)(re)是低成本長(chang)壽命大(da)容量的長(chang)時儲(chu)能技術，在核電(dian)(dian)、太(tai)陽能熱(re)(re)(re)發電(dian)(dian)、谷電(dian)(dian)或棄(qi)風棄(qi)光熔鹽蓄熱(re)(re)(re)式供熱(re)(re)(re)、火電(dian)(dian)廠調(diao)峰(feng)調(diao)頻、熔鹽蓄熱(re)(re)(re)調(diao)峰(feng)電(dian)(dian)站、間歇高(gao)溫工(gong)業(ye)余熱(re)(re)(re)蓄熱(re)(re)(re)、高(gao)溫工(gong)業(ye)傳熱(re)(re)(re)等(deng)領域都有應用價值(zhi)，市(shi)場空間巨大(da)。

北京工業大(da)學在國家重(zhong)點研(yan)發(fa)計劃、973和(he)863、國家自(zi)然科(ke)學基金等6千(qian)多萬元科(ke)研(yan)經費(fei)支(zhi)持下，先后開發(fa)了(le)6種(zhong)低熔點寬液體溫(wen)域混合(he)熔鹽(yan)配方，大(da)幅提高了(le)熔鹽(yan)的(de)儲(chu)(chu)能密度，降低了(le)儲(chu)(chu)能材料和(he)系統的(de)投(tou)資，降低了(le)系統凍堵(du)風險和(he)防凍堵(du)代價，滿足了(le)高參(can)數(shu)高效(xiao)儲(chu)(chu)熱發(fa)電和(he)高溫(wen)傳熱的(de)需(xu)求。

團隊研發的低(di)(di)熔點寬液體(ti)溫(wen)域(yu)高溫(wen)混合熔鹽(yan)先后在火電廠靈活性改造，低(di)(di)谷(gu)電加熱(re)熔鹽(yan)蓄熱(re)供暖示(shi)范工程，熔鹽(yan)傳熱(re)蓄熱(re)的單螺桿(gan)有機朗(lang)肯循環分布式太(tai)陽能(neng)熱(re)發電示(shi)范工程等(deng)項目(mu)中進行(xing)了應(ying)用，運行(xing)性能(neng)優良。