水导热油熔盐储能介质对比

一文读懂光热发电行业认可度最高的储热介质——熔盐太阳能热发电技术从上世纪八十年代发展至今，对充当其传热介质的材料进行了多样化的尝试，包括水和蒸汽、空气、液态金属、导热油及熔盐等。

随着光热发电技术的革新，所需要的传热介质使用温度愈来愈高，要求的传热能力也愈来愈强。

熔盐是优良的传热储能介质，在建筑供暖、谷电制热、风电消纳等方面都具有一定的应用前景。

由于其具有较高的使用温度、高热稳定性、高比热容、高对流传热系数、低粘度、低饱和蒸汽压、低价格等“四高三低”的优势，成为目前光热发电领域中认可度最高的传储热介质之一。

据统计，在首批的20个光热发电示范项目中，18个采用熔盐储能。

已备案新增92个光热发电站清单中，86个采用熔盐储能。

然而，光热电站中所使用的熔盐在品质与价格方面都与常见农用化肥（硝酸钾和硝酸钠为常见的化肥原料）有较大差别，同时熔盐在生产与使用过程中因自身特性导致的一系列问题已成为业内关注的重点。

目前，首批示范项目建设的陆续展开也将对熔盐产品开展集中式采购。

本文将从熔盐品质界定入手，针对熔盐的不同生产方式、腐蚀问题、首批示范项目采购标准、槽式与塔式项目对熔盐的不同要求以及低熔点熔盐未来发展形势等方面进行了深入的分析与解答，以为示范项目熔盐采购提供一些参考。

熔盐品质好坏如何界定？根据应用领域的要求不同，所使用的熔盐产品亦有所区别。

常见的光热熔盐品种有二元盐（40%KNO3+60%NaNO3）、三元盐（53%KNO3+7%NaNO3+40%NaNO2）和低熔点熔盐产品等。

对于光热发电而言，二元熔盐的应用较为广泛及成熟。

据了解，以使用二元熔盐为例，槽式电站的使用量约是塔式电站的2.5倍左右。

对于50MW、配置8小时储能的塔式电站，熔盐需求量约为1.2万吨，对于50MW、配置8小时储能的槽式电站，熔盐需求量约为3万吨。

然而，在光热电站对熔盐需求量如此之高的情况下，中国当前对光热电站所使用熔盐的测试方法、测试项目、组分指标的要求尚没有统一的衡量标准，容易导致熔盐市场鱼龙混杂，以次充好。

在光热电站开发中，熔盐作为一种性能较好的传热、储热工作介质，已成为当前光热电站实现长时间稳定发电的重要保障。

但其同时也面临着易冻堵、价格波动较大等应用障碍。

熔盐储热渐成主流已经在多个实际电站项目中有应用的传统的熔盐一般由60%的硝酸钠和40%的硝酸钾混合而成，美国和西班牙的多个CSP电站都采用了这种熔盐。

实践证明，配置储热系统可以使光热发电与不稳定的光伏和风电相抗衡。

这样的配置也使CSP电站能够实现24小时持续供电和输出功率高度可调节的特性，也使其有能力与传统的煤电、燃气发电、核电的电力生产方式相媲美，具备了作为基础支撑电源与传统火电厂竞争的潜力。

一直以来，更多的可应用于光热发电的储热介质也在被持续研究和开发，但截至目前，还没有一种可以与熔盐相媲美。

历史已经证明了熔盐在光热电站中的应用价值。

2009年3月，西班牙Andasol槽式光热发电成为全球首个成功运行的，配置熔盐储热系统的商业化CSP电站。

2010年，意大利阿基米德4.9MW 槽式CSP电站运行，成为世界上首个使用熔融盐做传热介质，并做储热介质的光热电站。

2011年7月，Torresol能源公司19.9MW的塔式光热电站Gemasolar全球范围内首次成功实现24小时持续发电，这同样归功于熔盐储热技术的应用。

伴随熔盐储热技术的日渐成熟，越来越多的CSP电站开始使用熔盐技术。

见下表：112与传统的传热介质导热油相比，熔盐的工作温度更高，而且不易燃，无污染，对环境较友好。

伴随熔盐作为传热介质的研发应用，多个CSP电站也将采用熔盐作为传热工质。

下表列出了使用熔盐作传热介质的CSP电站项目：表3：待完成的使用熔盐作传热介质的CSP电站项目列表熔盐的缺点在表2中也已列出，其最大的属性缺陷在于较高的凝固点，这使其较易造成集热管管路堵塞。

西班牙能源环境技术中心的Jesus Fernández-Reche表示，在储热罐中，熔盐的凝固不会引起太大问题，在西班牙已运行电站的熔盐储热系统中，熔盐罐的温度每天仅下降约1摄氏度。

太阳能光热发电的储能材料发布时间：2022-12-05T07:10:09.835Z 来源：《福光技术》2022年23期作者：李宝印李银筝[导读] 太阳能光热发电是一种优良的利用太阳能发电的方式，但是其严重受制于天气状况。

华能酒泉发电有限公司甘肃省酒泉市 735000摘要：太阳能光热发电是一种优良的利用太阳能发电的方式，但是其严重受制于天气状况。

为保证太阳能光热发电厂能够持续不间断地发电，需要储存多余的太阳能。

因此储能技术是太阳能光热发电中关键的一环。

现在太阳能光热发电厂中所使用的储能材料主要有显热储能材料、潜热储能材料及化学储能材料。

下午将对其进行分析。

关键词：太阳能；光热发电；储能材料1太阳能光热发电太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。

太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。

而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即太阳能所烧热的传热介质可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电。

2太阳能光热发电的储能材料2.1潜热储能材料潜热储能又称作相变储能。

潜热储能技术利用潜热储能材料在相变（即凝固、融化、凝华、升华、凝结和气化等）过程中释放与吸收的热量来实现能量的储存。

潜热储能材料分为低温相变材料（冰、石蜡等）和高温相变材料（金属、合金、高温熔化盐类及混合盐类等），潜热储能材料能量密度较高，并且在相变过程中近似恒温。

因此，潜热储能技术装置简便、设计灵活、体积小、使用方便且易于管理。

孙建强等通过差示扫描量热（DSC）分析技术测定了作为潜热储蓄材料的Al34％Mg6%Zn合金的热性能，并研究了此合金在长期的储热放热过程中对容器材料的腐蚀。

该腐蚀试验选取了碳钢（C20）与不锈钢（SS304L）作为容器材料。

1000次热循环（凝固和熔融）的腐蚀实验中，分析了上述两种材料试样失重（mg/cm2）和腐蚀速率（mg/day）的热重，以及对显微组织结构的金相研究。

我国北方广大城镇地区采暖季采用分散燃煤小锅炉、小火炉采暖，造成严重的冬季空气污染，另一方面，这些地区的可再生能源却由于消纳不足，面临着严重的“弃风弃光问题”，因此利用可再生能源开展北方地区电储热供暖具有重要的意义。

北方地区能否顺利推广电储热供暖项目，电采暖项目能否被供热市场接受，最关键的问题就是电储热采暖项目的经济性，本文从电储热供暖项目的投资成本，运行费用入手，针对当前的电价政策，供热价格，分析电储热供暖项目的经济可行性和存在的问题，并给出促进电储热供暖发展的建议。

2、电储热技术电储热供暖项目是利用电网中的过剩可再生能源，或低谷电价时的电能，通过电加热设备，将电能转化为热能，存储在储热设备中，当需要对外供热时，将存储的热能通过换热器释放，转化为热风、热水、蒸汽等形式对外输出，可满足民用供暖需求，也能够满足工业用热，如下图1所示。

图：电储热供暖项目示意图根据储热设备的载热材料不同，储热技术主要可分为水储热，固体储热和熔盐储热。

(1)水储热技术就是将热能以热水的形式存储起来，根据存储热水的温度和压力，水储热又可分为常压储热和承压储热;常压储热的温度利用范围一般在35℃~85℃，特点是储热设备投资成本低，无需换热设备，适用于对供热温度要求不高的民用采暖领域，缺点是储能密度小，占地面积大;承压水储热的温度一般在120℃~150℃，优点是储能密度提高，可对外提供蒸汽供热，主要问题是需要承压容器，存在一定安全风险，设备成本较高。

下图2是丹麦Aved?re热电厂用于满足地区供热的热水储能罐，容积为2x24,000m3，储热温度为120℃，热水压力10bar。

图：丹麦Aved?re热电厂的承压热水储能罐(2)固体储热一般采用金属氧化物作为储热介质，如高密度铁镁金属氧化物材料，储热温度最高可达800℃，利用空气作为换热介质，由变频风扇驱动空气进行热量循环和交换，固体储热示意图如图3所示。

固体储热温度高，储能密度较大，对外输出热能的形式多样，既可以提供最高温度400℃的热风，也能够提供300℃以下的热油，还可以提供高温蒸汽和热水，因此能够满足工业和民用多个领域的用热需求。

随着经济的迅速发展，全球铝业市场对氧化铝产品的需求日益增大。

我国氧化铝年需求量为1150万t，由于原料和能源供给严重短缺，50％将来自进口。

在氧化铝生产过程中，管道化溶出系统以其工艺的独特性和技术的先进性改善和优化厂我国氧化铝生产的技术经济指标【1】。

该工艺需要把原矿浆加热到280~C左右，以保证矿浆在停留罐和停留段快速反应，这要求有高温介质进行供热。

一般地，当使用250～550℃的高温时，通常使用熔盐作为载热体，因此熔盐加热系统成了管道化溶出系统中最关键的加热设备【3～4】。

l 熔盐1 ．1 熔盐的组成. 40％，NaNO 3 7％。

其商品名称为希特斯(又称HTS)[3]。

新盐为白色粉状固体，易潮解，属无机氧化剂，是一种危险物品【5】。

熔盐与导热油相比，在相同的压力下可获得更高的使用温度(250～ 550℃)，且熔盐类热载体不爆炸、不燃烧、耐热稳定性能好，其泄漏蒸汽无毒，传热系数是其他有机热载体的2倍。

在600℃以下时，几乎不产生蒸汽。

其主要物理参数如下：熔点142℃。

密度ρ =2000 kg ／m 3 (150℃时)，ρ =1650 kg ／m 3 ，(600℃时)，在此温度区间内线形下降；运动粘度γ =10 ×10 -6 m2 ／s(150℃时)，随温度升高按指数规律下降，在400～550℃接近一稳定值γ v ≈0．8×10 -6 m 2 ／s；比热容c≈1．55 kJ／(kg·K)；导热系数λ ≈1．3 W／(m·K)(500℃时)。

固态盐膨胀系数β =0 ．00159 K -1 ，熔盐膨胀系数：0．0112 K -1 。

热稳定性：① 455℃以下不分解：② 455～ 540℃时，NaNO2缓慢分解5NaNO 2 - → 3NaNO 3 +Na 2 O+N 2↑ ；如果与空气接触，在455～540℃时还会发生NaNO2的氧化反应，2NaNO 2 +O 2 - → 2NaNO 3 ；④ 820℃以上时，NaNO 2 的分解非常强烈，产生的N 2 ↑ 会令熔盐沸腾。

传热介质：水与油哪个更好？传热介质：水与油哪个更好？为了加热或冷却模具中的树脂，加工商通常用水作为低于212℃时的传热介质，用油作为高于212℃时的传热介质。

实际上，由于水在高压下的沸点高于212℃，因此可适用于更高温度的场合。

一般情况下，在决定是使用油还是使用水作为传热介质时，温度是所要考虑的唯一条件，而很少考虑甚至不考虑传热流体的实际特性。

典型的一段和二段微处理器调节的温度控制单元，可以控制最高达320℃的水温实际上，更重要的是需要确定水和油两者中哪一种的传热效果更好。

一般是通过量化热容来比评水与油的传热能力。

热容等于需要加热的产品的质量乘以流体的比热，再乘以加热过程中的温差。

通过对比发现，水传导的热量是同量油传导热量的2倍。

通常情况下，传热效率要求流体可以轻松地流过系统。

由于水的密度大约是8.3磅/加仑，而油的密度是7.25磅/加仑，因此，这就意味着每泵送1加仑的油可以多泵送1.05加仑的水，表示水的传热性能更优异。

此外，泵送低粘度的水和高粘度的油所需要的泵功率也是不同的。

水的沸点(温度)与压力的关系其实，水与油最重要的区别是二者的热传导率不同。

在每平方英尺的传热表面上，水传导的热量是油的4.7倍，也就是说，水比同量的`油传导的热量多得多。

尽管水可以在更高的温度下使用，但是机械的设计实际上限定了高温下水的应用。

与油相比，当以水作为传热介质时，以320℃作为水的适用温度上限是比较合适的。

为了防止水沸腾，热水系统需要在加压的条件下使用。

这是因为，虽然与注塑机的操作压力相比，这个压力较低，但是，如果不采取一定的措施，则可能会造成危险。

当热水系统被加压以后，如果高温高压水发生泄漏，一旦与空气接触，就会转化为蒸汽。

此时所产生的汽化热，也就是水从液态转化为汽态时所需的热量大约是970 Btu/lb，这部分热量在由水转化成蒸汽的过程中损失掉了，从而温度会迅速降低。

正因如此，当设计水系统时，不管是容器还是软管，都必须考虑高压。

熔融盐储能技术及应用现状随着全球新能源产业的快速发展，风力发电与太阳能等随机性和间歇性很强的发电方式对电网的正常运行管理提出了相当高的挑战，相应地，各类储能（储热）技术也逐渐纳入了人们的视角。

熔融盐储能技术是利用硝酸盐等原料作为传热介质，通过新能源发出的热能与熔盐的内能转换来存储或发出能量，一般与太阳能光热发电系统结合，使光热发电系统具备储能和夜间发电能力，满足电网调峰需要，具有很强的经济优势，已经在西班牙、意大利等欧洲地区和部分北美地区等发达国家得到了实际的商业化应用。

一、熔融盐介绍1.1 熔融盐的特性熔融盐是盐的熔融态液体，通常说的熔融盐是指无机盐的熔融体，广义上的熔融盐还包括氧化物熔体及熔融有机物。

除了单一无机盐外，将同一类熔融盐按照一定比例混合，或者将不同种类的熔融盐按照一定的配方混合，可以形成多种新型混合共晶熔融盐。

这些混合熔融盐可以根据成分配比的不同，获得各种熔点和使用温区的熔融盐工质，能够避免硝酸盐使用温度低、氯化盐熔点温度高等缺点，同时保留熔融盐热稳定性和化学稳定性好、饱和蒸汽压低、比热容大等一系列优点，因此在工业上获得了广泛应用。

目前，寻找性能优越的混合熔融盐成为熔融盐传热蓄热研究的主要方向之一。

熔融盐有不同于水溶液的诸多性质，主要包括：①熔融盐为离子熔体，通常由阳离子和阴离子组成，具有良好的导电性能，其导电率比电解质溶液高1个数量级；②具有广泛的使用温度范围，通常的熔融盐使用温度在300～1000℃之间，新研发的低熔点混合熔融盐使用温度更是扩大到了60～1000℃；③饱和蒸汽压低，保证了高温下熔融盐设备的安全性；④热容量大；⑤对物质有较高的溶解能力；⑥低粘度；⑦化学稳定性好；⑧原料易获得，价格低廉，与常见的高温传热蓄热介质——导热油和液态金属相比，绝大多数熔融盐的价格都非常低廉，且容易获得。

这些优异的特性使熔融盐被广泛用作热介质、化学反应介质以及核反应介质，尤其近些年来在太阳能热发电系统中，熔融盐得到了广泛的应用。

化学工业CHEMICAL INDUSTRY 第37卷第6期2019年11月・28・熔盐储能材料在太阳能光热发电中的应用王玉倩(石油和化学工业规划院，北京100013)摘要：简述了熔盐储能材料，对熔盐储能材料在太阳能光热发电中的应用情况与市场进行了较全面的分析,对熔盐生产企业提出了建议。

关键词：熔盐储能材料；太阳能光热发电；应用；市场；建议文章编号：1673-9647(2019)06-0028-07中图分类号：TM615*.l文献标识码：A1光热发电概述太阳能光热发电是通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置，利用太阳能加热收集装置内的传热介质，再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。

光热发电系统分成四部分：集热系统、热传输系统、蓄热与热交换系统、发电系统。

(1)集热系统：集热系统包括聚光装置、接收器、跟踪机构等部件。

聚光装置即为聚光镜或者定日镜等。

集热系统采集太阳能，将太阳能转化为热能。

(2)热传输系统：热传输系统主要是传输集热系统收集起来的热能。

利用传热介质将热能输送给蓄热系统。

传热介质多为导热油和熔盐。

理论上，熔盐比导热油温度高，发电效率大，也更安全。

(3)蓄热与热交换系统：蓄热装置常由真空绝热或以绝热材料包覆的蓄热器构成。

蓄热系统中对储热介质的要求为：储能密度大，来源丰富且价格低廉，性能稳定，无腐蚀性，安全性好，传热面积大，热交换器导热性能好，储热介质具有较好的黏性。

(4)发电系统：用于太阳能热发电系统的发电机有汽轮机、燃气轮机、低沸点工质汽轮机、斯特林发电机等。

对于大型光热发电系统，由于其温度等级与火力发电系统基本相同，可选用常规的汽轮机；工作温度在800紀以上时，可选用燃气轮机；对于小功率或者低温的太阳能发电系统，则可选用低沸点工质汽轮机或斯特林发动机。

光热发电和光伏发电的区别详见表1。

2熔盐储能材料概述2.1熔盐储能材料分类传热蓄热技术是太阳能热发电关键技术之一。

传热介质的工作性能直接影响着系统的效率和应用前景。