储热介质
Ｓｏｌａｒ Ｓａｌｔ （６０％ＮａＮＯ３＋４０％ＫＮＯ３）
表 1 熔融盐性质比较
凝固点 ℃
上限温度 平均密度
℃
ｋｇ／ｍ３
２２０
６００
１８９９
Ｈｉｔｅｃ
（７％ＮａＮＯ３＋５３％ＫＮＯ３＋４０％ＮａＮＯ２）
１４２
５３５
１６４０
ＨｉｔｅｃＸＬ （４５％ＫＮＯ３＋４８％Ｃａ（ＮＯ３）２＋７％ＮａＮＯ３）
55 SOLAR ENERGY 22/2012
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太 阳 能 技术与产品
3 化学反应热储热 化学反应热储热是通过化学反应的反应热进 行储热，具有储能密度高、可以长期储存等特点。 这是一种非常有潜力的高温储热方式，且成本有 可能降至相对较低的水平。该方式在理论上可以 满足太阳能热发电的要求，对于能否满足太阳能 热发电系统动力要求，以及如何与发电系统结合 的问题还处于实验室研究阶段。 4 储热形式及储热介质选择 槽式太阳能热发电带储热系统通常有两种形 式［５：］ 图 ３ 的槽式系统常采用合成油作为传热流体 （ＨＴＦ），熔融盐作为显热储热材料，导热油与储热 材料之间有导热油——熔融盐换热器，这种布置 称为间接储热系统。图４的槽式系统采用熔融盐既 作为传热流体又作为显热储热材料的方式，无导 热油——熔融盐换热器，这种布置称为直接储热 系统。后者的优点是可以减少一个换热步骤，避免 了传热流体与储热材料之间的不良换热，而且适 用于 ４００℃～５００℃的高温工况。但后者也面临一 个问题：槽式太阳能热发电系统的集热场采用的 是平面布置，且管道多，管内的传热流体不容易排 出，又由于熔融盐的凝固点通常高于 １２０℃，当采 用熔融盐作为传热流体时，就得使用保温和伴热 的方法防止熔融盐凝固，这样导致初期投资与运 行维护成本过大；以前也选用矿物油作为传热流 体和储热材料时，不存在凝固问题，但由于矿物油 的温度不能高于 ３００℃，否则易分解，这样限制了 槽式系统的工作温度不能超过 ３００℃，导致效率比 较低；当然也可以选用合成油作为传热流体和储 热材料，但其价格没有熔融盐那么便宜，实际工程 应用中不用于储热材料，而且合成油的温度也不 能高于 ４００℃，这自然也限制了槽式系统的工作温 度不能超过 ４００℃。 熔融盐储热技术在太阳能热发电系统中占有 十分重要的地位，它关系着系统运行的稳定性和 可靠性。熔融盐与导热油相比，可在相近的工作压 力下获得更高的使用温度，且耐热稳定性好，其传
图 ２ 储热形式
最成熟的，被广泛应用于太阳能热发电的高温储热 系统，根据储热介质的物理特性分为液体显热储 热、固体显热储热及固体 ／ 液体双介质显热储热。
（１） 液体显热储热 常用的液体显热储热介质为导热油和熔融盐， 该系统较典型的储热形式为采用熔融盐作为储热 介质的双罐式储热系统，这种储热方式被成功应 用在西班牙 Ａｎｄａｓｏｌ 电站，其储热容量为汽轮机组 满发 ７．５ 小时。 （２） 固体显热储热 当换热流体的热容非常低时，如采用空气，固 体仅仅作为储热材料。固体材料作为储热材料，常 以填充层的形式堆放，需要与换热流体进行交换 热量。固体显热储热的主要方式有：砂石混凝土； 玄武岩混凝土；耐高温混凝土；浇注料陶瓷。 （３） 固体 ／ 液体双介质显热储热 双介质储热系统的一个优点是成本较低，如 采用便宜的诸如岩石、沙子或混凝土固体和较为 昂贵的换（储）热流体（如储热油）作为储热介质。然 而双储热系统的压降或寄生能量损失较大，这在 双介质储热系统设计中必须考虑。 2 潜热储热 潜热储热是利用储热介质发生相变时吸收或 放出热量来实现能量的储存，具有储热密度大、充 放热过程温度波动范围小、结构紧凑等特点，例如 ＰＳ１０塔式电站即采用饱和汽／ 水储热器。目前，太 阳能高温潜热储热技术应用于太阳能热发电站还 处于实验室研究阶段，相变材料的高温性能有待 于进一步验证。
太阳能热发电优于光伏发电的一大特点就是 能采用经济的储热技术，而蓄电则相对昂贵。太阳 能热发电系统中采用储热技术的目的是为了降低发 电成本，提高发电的有效性，它可以实现［２］：（１） 容 量缓冲；（２） 可调度性和时间平移；（３） 提高年利用 率；（４） 电力输出更平稳；（５） 高效满负荷运行等。
二 槽式太阳能热发电系统储热形式选择 现阶段实验用的太阳能储热主要有三种形式，
储热技术可分为直接储热和间接储热两大 类。直接储热系统的特点是采用强制对流换热将 热量传递给储热介质，并且储热介质自身在换热 器内循环。间接储热系统的主要特点是传热流体 与储热介质为不同介质，在储热过程中，来自于 吸热器的传热流体将热能传递给储热介质，而放 热过程中，换热流体从储热材料吸取热量，储热 介质可以是固体、液体或相变材料，自身不参与 循环。
关键词： 槽式太阳能热发电；双罐式；熔融盐；间接储热系统
一 引言 随着美国和西班牙多个槽式太阳能热发电站
的商业运行，该发电技术的可靠性已被证实，其在 我国西部和北部等太阳能资源较好地区具有广阔 的商业化前景。槽式太阳能热发电技术由多个抛 物面聚光器阵列组成太阳能集热场，将太阳直接 辐射聚焦到集热管加热传热流体，传热流体进而 与水换热产生蒸汽，驱动汽轮机组发电。其原理如 图 １ 所示。
1 显热储热 显热储热是通过提高储热介质的温度来实现 热存储，是三种热能存储方式中原理最简单、技术
水工质电站 导热油电站
双罐间接蓄热 单罐熔融盐温跃层蓄热
饱和水蓄热 混凝土 ／ 陶瓷固体蓄热
双罐间接蓄热 单罐熔融盐温跃层蓄热 混凝土 ／ 陶瓷固体蓄热
熔融盐电站
双罐直接蓄热 单罐熔融盐温跃层蓄热 混凝土 ／ 陶瓷固体蓄热
集热场
过热器 蒸发器
冷熔融 盐储罐
预热器
热熔融 盐储罐
再热器
汽轮发电机组
传热介质 膨胀箱
凝汽器
冷却塔
图 １ 槽式太阳能热发电系统图
的热能释放出来以满足发电需求。储热系统作为 太阳能热发电站的组成部分，对电站连续、稳定发 电发挥着重要作用。太阳能热发电站的储热系统 可以在太阳辐射正常时储热，而在辐射不足时放 出热来供给汽轮机运转发电，起到功率缓冲的作 用；另一方面，一天之中，中午日照强，早晚日照 弱，在夜晚则不能用太阳能发电，而储热系统可以
表 2 Solar2塔式太阳能电站的熔融盐物理性能参数
温度
密度
比热 绝对粘度 导热率
℃
ｋｇ／ｍ３ Ｊ／（ｋｇ·Ｋ） ×１０−３Ｐａ·ｓ Ｗ／（ｍ·Ｋ）
２６０．００ １９２３．８２ １４９０．５００８ ４．３４２９ ０．４９２４９３
显热储热、潜热储热和化学反应储热。根据储热材 料的使用特点，无论属于哪一类，一般都要满足以 下几点要求［３，４］：（１） 储热密度大；（２） 稳定性好；（３） 无毒、无腐蚀、不易燃易爆，且价格低廉；（４） 导 热系数大，能量可以及时地储存或取出；（５） 不同 状态间转化时，材料体积变化要小；（６） 合适的使 用温度。
图 ４ 双罐式直接储热系统流程图
热系数是其他有机载体的两倍，而且使用温度在 ６００℃以下时，几乎不产生蒸汽。因此，稳定性好、 价格低廉、熔点合适的熔融盐是储热技术发展的 重点。目前，可作为槽式太阳能热发电储热介质的 熔融盐主要有太阳盐、Ｈｉｔｅｃ 和 Ｈｉｔｅｃ ＸＬ 三种，其 性能及成本比较见表 １［２，６］。太阳盐为 ６０％ＮａＮＯ３ 和 ４０％ＫＮＯ３ 的混合盐，因为其在 ６００℃时具有非常 好的热稳定性、低造价、对普通材质管道及阀门的 较好的兼容性及较好的储热性能最早被应用在美 国 Ｓｏｌａｒ ２ 塔式电站中［７］，目前则被广泛应用于槽 式太阳能热发电储热系统中；Ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ 熔融盐为 ７％ＮａＮＯ３、５３％ＫＮＯ３和 ４０％ＮａＮＯ２的混合盐，在 ４５０℃时具有很好的热稳定性，其可在短期内用在 ５３５℃温度下，但其在使用时需要进行氮气保护， 以防止Ｈｉｔｅｃ熔融盐在高温下亚硝酸盐转变为硝酸 盐［８］；Ｈｉｔｅｃ ＸＬ 熔融盐为 ４５％ＫＮＯ３、４８％Ｃａ（ＮＯ３） ２ 和 ７％ＮａＮＯ３ 的混合盐，该种熔融盐在最初装入
１２０５００１Fra bibliotek９２平均导热系数 Ｗ·ｍ／Ｋ ０．５２
０．５７
０．５３
平均热容量 成本（估算） ｋＪ·ｋｇ／Ｋ 元／吨
１．４９
６０００
１．６
６５００
１．８
１００００
三 熔融盐储热介质的物理特性 目前被广泛应用在槽式太阳能热发电储热系
统中的储热介质主要为硝酸钠（ＮａＮＯ３）和硝酸钾 （ＫＮＯ３）的混合盐，即太阳盐，其中ＮａＮＯ３与ＫＮＯ３ 混合的质量比例约为 ６：４。储热时熔融盐的温度将 加热至约 ３８５℃，放热时，系统的熔融盐将冷却到 约 ２９２℃，在两种情况下，熔融盐都为液态。
该混合熔融盐可使用在 ２６０℃～６２１℃温度范 围内，随着温度的降低，混合盐在２２１℃出现凝固， 在 ２３８℃出现结晶现象，根据混合盐各组分的平均 潜热可得到混合盐潜热约为 １６１ｋＪ／ｋｇ。混合熔融 盐基本物理特性随温度变化情况见表 ２［９］。
虽然ＮａＮＯ３和ＫＮＯ３按６：４配比的工业级混合 盐被广泛应用于槽式太阳能热发电储热系统中， 但其配比份额并非固定不变，其配比份额可在 ６：４ 基础上发生变化，但需要在工程设计开始重新对 混合盐的各种性质进行测量与计算。
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把白天太阳辐射的能量以热能的形式储存起来， 到了晚上释放出来进行热发电，这样可以起到削 峰填谷的作用［１］。
储热技术是合理有效利用现有能源、优化使 用可再生能源和提高能源效率的重要技术。储热 技术主要应用于以下三个方面［２］：（１） 在能源的生产 与其消费之间提供时间延迟和保障有效使用；（２） 提供热惰性和热保护（包括温度控制）；（３） 保障能源 供应安全。
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技术与产品 太 阳 能
系统时，需先将其溶解在水中，将溶液注入系统， 然后加热蒸发掉水分，该熔融盐具有 １２０℃的凝结 温度，并在 ５００℃时也具有较好的热稳定性［７］。通 过对三种熔融盐的性能及价格比较，太阳盐凝固点