目前,熔(rong)(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)能(neng)作為長(chang)時高安(an)全、大(da)(da)容量、低(di)成本(ben)、大(da)(da)規(gui)模、易回收的新(xin)型(xing)儲(chu)(chu)能(neng)技術領(ling)域(yu),在光熱(re)發電(dian)熔(rong)(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)能(neng)核心領(ling)域(yu)之外(wai),正快(kuai)速從示范應用到新(xin)型(xing)儲(chu)(chu)能(neng)彎道超車(che)的加(jia)(jia)速度跨界崛(jue)起。熔(rong)(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)熱(re)應用新(xin)型(xing)儲(chu)(chu)能(neng)技術崛(jue)起東方,已(yi)勢不可(ke)擋(dang)后來(lai)居(ju)上,加(jia)(jia)速助力(li)新(xin)型(xing)電(dian)力(li)系統風電(dian)光伏(fu)可(ke)再生能(neng)源綠電(dian)的消納,構建以新(xin)能(neng)源增(zeng)長(chang)和化(hua)石(shi)能(neng)源減(jian)少,利用熔(rong)(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)能(neng)供(gong)熱(re)和發電(dian)技術的優勢增(zeng)減(jian)掛(gua)鉤,為燃(ran)煤燃(ran)氣鍋爐碳排放雙控新(xin)舊動(dong)能(neng)轉(zhuan)換提供(gong)現階段最佳解決路(lu)徑(jing)。
熔鹽儲能從成熟的光熱發電技術跨界應用(yong),目前還亟需破解技術跨界的三大難題(ti)。
首先,二元熔鹽和三元熔鹽(其他新型熔鹽)應用溫度范圍的差異,低溫區粘度變(bian)大,這(zhe)是(shi)熔(rong)鹽的特性,也是(shi)需要重點突破的低熔(rong)點創新發展的攻(gong)克難題。
低溫的(de)(de)(de)難題(ti)似乎沒有高溫的(de)(de)(de)嚴峻,低溫無非是粘性大,增加泵的(de)(de)(de)功耗,只要溫度上(shang)(shang)來(lai)(lai)相關(guan)問題(ti)迎刃(ren)而解。至于上(shang)(shang)限(xian)高溫或者說局部超(chao)(chao)溫的(de)(de)(de)后(hou)果(guo)影響,可(ke)能(neng)(neng)會(hui)給(gei)整個系統和項(xiang)目帶(dai)來(lai)(lai)不可(ke)估量的(de)(de)(de)安(an)全(quan)技術風險。從首批光熱發電示范項(xiang)目應用情(qing)況下來(lai)(lai),更(geng)高溫度上(shang)(shang)限(xian)的(de)(de)(de)選擇應該是565℃、還是575℃、或者550℃?到底多少(shao)度會(hui)更(geng)合理(li),還需要根據熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)使用過程(cheng)中的(de)(de)(de)性能(neng)(neng)變(bian)化(hua),重(zhong)新科(ke)學評估分(fen)析(xi)研(yan)究(jiu),參考意(yi)大利ENEA通過對(dui)(dui)二(er)元熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(硝(xiao)(xiao)酸鉀40%、硝(xiao)(xiao)酸鈉60%)經過10000小(xiao)時(shi)試驗分(fen)析(xi)研(yan)究(jiu),溫度超(chao)(chao)過550℃后(hou)會(hui)有少(shao)量的(de)(de)(de)亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸根離子(zi)釋出,亟需針對(dui)(dui)首批示范項(xiang)目的(de)(de)(de)現有熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)產(chan)品(pin)進(jin)行跟蹤測試,分(fen)析(xi)研(yan)究(jiu)是否出現亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸根離子(zi)變(bian)化(hua)的(de)(de)(de)情(qing)況發生。如果(guo)是,又如何優化(hua)設(she)計分(fen)析(xi)找到產(chan)生的(de)(de)(de)真正(zheng)原因,更(geng)是現階段(duan)和接下來(lai)(lai)熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)儲能(neng)(neng)領域的(de)(de)(de)應用技術研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)重(zhong)點(dian)(dian)課(ke)題(ti),“勿以惡小(xiao)(技術指(zhi)標(biao)超(chao)(chao)標(biao)一點(dian)(dian)點(dian)(dian))而為之”,放任(ren)不管未來(lai)(lai)熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)技術變(bian)化(hua)風險影響嗎(ma)?分(fen)析(xi)研(yan)究(jiu)亞(ya)硝(xiao)(xiao)酸根離子(zi)超(chao)(chao)標(biao)對(dui)(dui)于熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)儲能(neng)(neng)電站(zhan)運(yun)行過程(cheng)中可(ke)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)潛在風險,是接下來(lai)(lai)需要科(ke)研(yan)機(ji)構(gou)和電站(zhan)運(yun)營方,以及熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)材料商(shang),設(she)計院等共同尋找熔(rong)鹽(yan)(yan)(yan)儲能(neng)(neng)大規模高質量發展道路上(shang)(shang)重(zhong)點(dian)(dian)研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)課(ke)題(ti)之一。
針對(dui)亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)(yan)的(de)(de)高溫分(fen)解(jie)風(feng)險,能夠降低(di)熔(rong)鹽(yan)(yan)更低(di)熔(rong)點的(de)(de)優勢,熔(rong)鹽(yan)(yan)的(de)(de)熱物性會相對(dui)更穩定(ding)的(de)(de)現實(shi)(shi)矛盾,如(ru)(ru)何解(jie)決跨界(jie)應用(yong)(yong)到火電機組領域的(de)(de)溫度匹(pi)配適應性,需(xu)(xu)要(yao)快(kuai)速研發一(yi)種替(ti)代新型熔(rong)鹽(yan)(yan)刻(ke)不(bu)容緩(huan),動(dong)輒上(shang)萬噸的(de)(de)規模,亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鈉超過430℃出(chu)現少量分(fen)解(jie)的(de)(de)難題是(shi)目前的(de)(de)最大(da)風(feng)險點,如(ru)(ru)何控(kong)制加(jia)熱模溫避免(mian)超溫影響,理論設計上(shang)面可能不(bu)存在(zai)風(feng)險,實(shi)(shi)際(ji)運行(xing)就(jiu)需(xu)(xu)要(yao)設計做到萬無一(yi)失的(de)(de)應急處(chu)理方(fang)案,新興產(chan)業帶來新的(de)(de)難題,只有實(shi)(shi)踐和運行(xing)才能出(chu)現和找到解(jie)決辦(ban)法(fa)。科技創新如(ru)(ru)何能夠適用(yong)(yong)應用(yong)(yong)需(xu)(xu)求,如(ru)(ru)何創新去除亞硝(xiao)(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)(suan)鈉是(shi)當下(xia)熔(rong)鹽(yan)(yan)新材料領域亟需(xu)(xu)實(shi)(shi)踐攻克的(de)(de)難題。
圖1國內(nei)首個燃煤(mei)機(ji)組耦(ou)合熔鹽(yan)儲能供熱和(he)發電(dian)調峰調頻供熱示范
其次,熔鹽儲能跨界應用新三防。如果(guo)說之(zhi)前(qian)設計的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)防(fang)凝和防(fang)超溫是目(mu)前(qian)階段重點考(kao)慮(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)問題,新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)第(di)三(san)防(fang),可(ke)能(neng)(neng)要落到(dao)(dao)大家之(zhi)前(qian)在(zai)光熱發電領域未考(kao)慮(lv)到(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)或者之(zhi)前(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)場景(jing)(jing)不太需要考(kao)慮(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)問題。防(fang)水(shui)(shui)或者說防(fang)洪水(shui)(shui)更精準(zhun)一點,考(kao)慮(lv)到(dao)(dao)應(ying)(ying)用(yong)場景(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不斷(duan)變(bian)化,從西北(bei)地區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)沙漠、戈壁、荒(huang)灘(tan)逐漸應(ying)(ying)用(yong)到(dao)(dao)東部的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)火電廠、工業園區(qu)等,地理位置的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)跨界應(ying)(ying)用(yong)變(bian)化,勢必會(hui)出現新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)防(fang)水(shui)(shui)特別是防(fang)洪水(shui)(shui)考(kao)量。比(bi)如有(you)些電站建(jian)設在(zai)松花江(jiang)、嫩江(jiang)兩江(jiang)流域,在(zai)這類地區(qu)建(jian)設的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光熱電站熔(rong)(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)系(xi)統就可(ke)能(neng)(neng)需要考(kao)慮(lv)到(dao)(dao)防(fang)水(shui)(shui)和防(fang)洪水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設計要點。避免因熔(rong)(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)罐(guan)遭遇洪水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)無情(qing)浸泡(pao),可(ke)能(neng)(neng)帶來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熔(rong)(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)罐(guan)形成較大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)“內熱外(wai)冷”溫差,對(dui)于(yu)儲(chu)(chu)罐(guan)設備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)力變(bian)形可(ke)能(neng)(neng)會(hui)遭遇焊縫開裂(lie),導(dao)致熔(rong)(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)罐(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)泄(xie)(xie)(xie)漏(lou)風險,當然針(zhen)對(dui)二元(yuan)熔(rong)(rong)鹽(yan)來說如果(guo)泄(xie)(xie)(xie)漏(lou)到(dao)(dao)水(shui)(shui)里(li)(li)并不會(hui)造(zao)(zao)成大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)危(wei)害(hai)。如果(guo)是三(san)元(yuan)熔(rong)(rong)鹽(yan)(指含40%亞硝酸(suan)鈉)出現泄(xie)(xie)(xie)漏(lou)到(dao)(dao)水(shui)(shui)里(li)(li)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)話,那就會(hui)造(zao)(zao)成很大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)生(sheng)環(huan)(huan)境破壞,主要原(yuan)因是亞硝酸(suan)鈉有(you)毒性:屬于(yu)危(wei)害(hai)水(shui)(shui)生(sheng)環(huan)(huan)境物質的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)危(wei)險類別,急(ji)性毒性類別1,96小時,LC50(魚類)。如果(guo)一旦出現泄(xie)(xie)(xie)漏(lou)可(ke)能(neng)(neng)會(hui)對(dui)水(shui)(shui)生(sheng)環(huan)(huan)境的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)破壞造(zao)(zao)成很大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響,
如此以來,就需(xu)要針對(dui)新型(xing)熔(rong)鹽儲(chu)(chu)能跨(kua)界應用(yong)過(guo)程中,針對(dui)不(bu)同地(di)區的應用(yong)場(chang)景(jing),在設計階段需(xu)要考(kao)慮(lv)到新的防(fang)(fang)水(shui)或者防(fang)(fang)洪水(shui)的要求(qiu),以利(li)于客戶(hu)能在一個新型(xing)熔(rong)鹽儲(chu)(chu)能電站的可(ke)研過(guo)程中,增加上之前被忽視或者不(bu)重點(dian)考(kao)慮(lv)的問(wen)題點(dian)。可(ke)能也是影響(xiang)整個熔(rong)鹽儲(chu)(chu)能電站全生命周期穩定運行的關鍵因素。
圖(tu)2熔鹽儲能系(xi)統示意圖(tu)
最后,新型熔鹽技術如何低熔點、去鈉的新思維。面對新的(de)(de)(de)難(nan)(nan)題(ti)和問題(ti),熔(rong)鹽儲能新材料的(de)(de)(de)高(gao)質量發(fa)(fa)展(zhan),是(shi)否一(yi)定是(shi)“寬溫域(yu)(yu)”、“更高(gao)溫”熔(rong)鹽這(zhe)(zhe)一(yi)科技(ji)創新研發(fa)(fa)方向呢?從科學技(ji)術研究角度這(zhe)(zhe)個(ge)是(shi)不需要(yao)懷疑的(de)(de)(de),需要(yao)一(yi)個(ge)長期的(de)(de)(de)過程。寬溫域(yu)(yu)就(jiu)需要(yao)相關儲能設備(bei)(bei)材料、設備(bei)(bei)、管(guan)道(dao)、泵、閥等協(xie)同技(ji)術都要(yao)跟得上(shang),特(te)別(bie)是(shi)未(wei)來槽式熔(rong)鹽導熱(re)(re)傳熱(re)(re)儲熱(re)(re)技(ji)術上(shang)面,務必要(yao)考慮到寬溫域(yu)(yu),對于回轉接頭(tou)的(de)(de)(de)技(ji)術考驗,或者超出了熔(rong)鹽難(nan)(nan)度的(de)(de)(de)本(ben)身,一(yi)個(ge)卡脖子點(dian)就(jiu)將讓所有(you)(you)的(de)(de)(de)研發(fa)(fa)應用(yong)無法順利進(jin)行下去,如果短(duan)期內沒有(you)(you)辦法解決(jue)好系統裝(zhuang)備(bei)(bei)難(nan)(nan)題(ti),很難(nan)(nan)形成(cheng)規模(mo)(mo)化(hua)應用(yong)的(de)(de)(de)機會,最(zui)終只(zhi)是(shi)停留在配方或者試(shi)驗室(shi),沒有(you)(you)經濟性市場化(hua)的(de)(de)(de)驅(qu)動(dong),還是(shi)比(bi)較難(nan)(nan)有(you)(you)高(gao)質量規模(mo)(mo)化(hua)發(fa)(fa)展(zhan),更別(bie)說創新的(de)(de)(de)初衷是(shi)為了降(jiang)低成(cheng)本(ben)。
針對可再生(sheng)能(neng)源高(gao)比例發展,熔(rong)(rong)鹽儲能(neng)規(gui)模(mo)化需要的(de)(de)未來(lai),關鍵還是亟需解(jie)(jie)(jie)決(jue)(jue)當下的(de)(de)現實(shi)難題,常規(gui)的(de)(de)二元熔(rong)(rong)鹽如何破解(jie)(jie)(jie)是否(fou)是超溫造成(cheng)(cheng)的(de)(de)硝(xiao)酸鈉(na)(na)分解(jie)(jie)(jie)產生(sheng)的(de)(de)亞硝(xiao)酸根離子,還是其他原因,是否(fou)后續(xu)難題會逐步(bu)頻繁(fan)造成(cheng)(cheng)系統安全技術風險。破解(jie)(jie)(jie)的(de)(de)方法是否(fou)就是需要去除硝(xiao)酸鈉(na)(na)由一種新的(de)(de)材料來(lai)替代呢?還是降低高(gao)溫的(de)(de)運行(xing)參數來(lai)解(jie)(jie)(jie)決(jue)(jue)來(lai)的(de)(de)更現實(shi)都需要大家的(de)(de)共(gong)同(tong)研究(jiu)。
熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)儲能跨(kua)界應(ying)用技術(shu)研究是當下(xia)破(po)解(jie)三元熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(指含40%亞(ya)硝酸(suan)鈉(na))超溫(wen)(wen)(wen)影響的重要(yao)措(cuo)施,如何用新型(xing)材料替換亞(ya)硝酸(suan)鈉(na)也是亟(ji)需解(jie)決(jue)難題的思路,有效去除風(feng)險材質,有效降低高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)段的使用溫(wen)(wen)(wen)度(du)也是一種(zhong)解(jie)決(jue)路徑。技術(shu)風(feng)險、環(huan)境(jing)風(feng)險、經濟性、適(shi)應(ying)性是熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)儲能跨(kua)界應(ying)用路上的溝溝坎(kan)坎(kan),需要(yao)設計院、研究機構(gou)、熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)材料制造商、高(gao)(gao)校研究團(tuan)隊、項目業主或者(zhe)運維團(tuan)隊,共同根據熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)儲能項目的更多(duo)應(ying)用,盡速盡早找出更佳匹配方案。
熔鹽(yan)儲能跨界應用的路途中,難(nan)免(mian)需要克服一些適(shi)應性(xing)、經濟性(xing)、創新(xin)性(xing)的難(nan)題,只要及早(zao)發現(xian)問題,找到問題的解(jie)決辦法,相信逐(zhu)步(bu)會(hui)加速助力新(xin)型電(dian)力系統建(jian)設,為(wei)構建(jian)新(xin)型能源體系建(jian)設做成更大貢獻。