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熔融鹽傳熱蓄熱技術將推進光熱發電商業化進程

作者:中國儲能網新聞中心 來源:CSPPLAZA 發布時間:2013-11-07 瀏覽:
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中國儲能網訊:讓太陽能全天候不間斷地為人類提供綠色電力,是人類長久以來的夢想。而今天,光熱發電熔鹽儲熱技術的應用讓此成為現實。

熔鹽儲熱系統作為可實現太陽能光熱電站全天候持續發電的關鍵系統,正受到愈來愈多的關注。在這一技術逐漸在光熱發電中開始廣泛應用時,我國的一個科研團隊走入了記者的視野。日前,在北京工業大學傳熱強化與過程節能教育部重點實驗室里,CSPPLAZA光熱發電網特約記者隨同相關媒體專訪了這個科研團隊的帶頭人——馬重芳。

圖:北京工業大學教育部傳熱強化與過程節能重點實驗室槽式聚光集熱傳熱儲熱工程試驗模塊

“逐日者”的夢想———24小時持續發電

2011年7月初,總裝機19.9兆瓦的西班牙Gemasolar太陽能光熱電站順利完成了為期1個月的試運行,成功實現24小時不間斷發電,成為世界上首個能夠全天持續供電的商業化太陽能發電廠。

這被看做是全球太陽能熱發電領域的里程碑,引起了國際產業界和政府層面的極大興趣。今年5月26日,全國人大常委會委員長吳邦國饒有興趣地考察了這座光熱電站。

實現太陽能24小時持續發電,是國內外所有“逐日者”的夢想。

10年前,北京工業大學教育部傳熱強化與過程節能重點實驗室的馬重芳教授敏銳地看到太陽能光熱發電熔融鹽傳熱、儲熱技術的未來前景,力排眾議、毅然決然地率領他的團隊投入到此項技術的研發中來。10年后,該團隊對此項技術的核心技術和系統把握能力已經成熟,這將成為我國擁有自主知識產權的熔融鹽傳熱、儲熱技術,將有望打破國際技術封鎖,為我國光熱發電產業的發展提供堅強支撐。

據該團隊核心專家吳玉庭教授介紹,截至目前,使用大規模熔鹽儲熱的商業化運行的太陽能光熱發電站已有12個,總裝機容量60萬千瓦,總熔鹽用量達32萬噸。另外在建的和計劃建的還有10座槽式、3座塔式光熱發電項目總計104.9萬千瓦的電站采用熔鹽儲熱技術。采用熔融鹽儲熱已經成為太陽能光熱發電的大趨勢。

正是基于全天索取太陽能電力的夢想,國內外產業界展開了對儲熱技術的研發。據馬重芳介紹,目前全球真正掌握該項技術的機構并不多,北京工業大學率先掌握了此項技術的核心知識產權,不僅在國內領先,而且也獲得了國際的關注和高度認可。

產業帶動性極強———應力促光熱發電產業化發展

在采訪中,作為光熱發電產業的積極推動者,馬重芳多次強調光熱發電的諸多優點,他表示,光熱發電是一種高品質的清潔電力,采用儲熱技術可以實現24小時持續發電;對電網極其友好,不會對電網產生任何壓力,相反還能像抽水蓄能電站一樣具有一定的電網調節功能;同時,相對光伏產業來講,光伏電池生產過程中的高耗能、高污染在光熱發電中不會出現,光熱發電的產業鏈從頭到尾沒有任何污染環節,是真正綠色的清潔能源。

馬重芳今年已經72歲了,記者驚詫于其青年人般的自信和學者型的淵博。他甚至從國家經濟層面對記者分析了光熱發電產業的戰略性重要地位。馬重芳表示,光熱發電極有可能成為可以替代房地產經濟的產業。我國的經濟發展長期以來依賴于房地產經濟,房地產占我國GDP的近10%,與房地產業關聯的鋼鐵、水泥、建材等產業無不受益于房地產行業。我國有6億多噸的鋼鐵年產量,列世界第一;水泥產量16億噸,居世界第一;平板玻璃產量占全球一半以上,同樣是世界第一。而如果沒有房地產業的需求拉動,這些產業將出現的問題可想而知。

但對房地產經濟的過度依賴是不健康的。我們需要找到更多的戰略性新興產業經濟增長點來推動我國經濟的持續健康發展。而太陽能光熱發電產業作為一種產業輻射面很廣的產業,其產業帶動性不容小覷,光熱發電產業可以帶動玻璃、鋼材、水泥等諸多產業的發展。

當前我國正在緊縮房地產市場,房地產經濟放緩將迫使玻璃、鋼材、水泥等關聯產業尋求新的市場,如果我國的光熱發電產業得到發展,勢必將對這些產業產生利好,使其擺脫長期依賴房地產經濟的困局。

同時,針對我國的光熱發電產業現狀,馬重芳向記者講述了他的擔憂:目前我國的光熱發電產業還沒有形成一個較為完整的產業鏈、核心技術還沒有被完全掌握、產業政策支持還不明朗,這些諸多因素決定了我國的光熱發電產業化進程還較為緩慢。在未來,我們應從全產業鏈的角度考慮,扶持科研應用、鼓勵更多企業進入光熱發電產業,從而推動這個產業的快速發展。

打破技術封鎖———全力支持企業自主研發

馬重芳表示,我國擁有強大的制造業,可以迅速實現光熱發電設備的低成本制造,但我國目前還缺乏核心技術。而海外廠商又極度擔憂我國的低成本制造能力給其帶來的競爭,對相關核心技術實行嚴密封鎖。

而據記者了解,事實也的確如此,就拿光熱發電核心裝備之一的高溫真空集熱管來說,德國Schott公司擁有核心技術和應用經驗,但其早已對其玻璃配方進行保密,并設置了專利壁壘。

對此問題,馬重芳建議我國政府應積極扶持國內科研機構和企業對核心技術進行攻關。他樂觀地表示,光熱發電各種核心裝備,除了熔融鹽傳熱、儲熱技術最具創新性、電站系統集成最需實踐經驗外,其他的各種技術都可以在傳統的技術基礎上改進而來。如果政府層能給予這個產業一些實打實的支持,相信我國很快就可以突破各種技術壁壘,實現光熱發電核心技術和裝備的完全國產化。而且最關鍵的是,我們的制造業優勢顯而易見,可以迅速地把成本拉低,從而有望在國際市場上擁有競爭力。

突破核心技術———實現科研成果產業化應用

熔融鹽傳熱和儲熱系統是光熱發電最核心的技術。馬重芳對記者表示,做一個產業,最根本的就是對核心技術的把握。經過10年來的研發,我們已經完全掌握了擁有自主知識產權的熔鹽傳熱、儲熱技術。

據記者了解,馬重芳帶領的科研團隊通過10年來的研究,搭建了我國第一個熔鹽管內對流傳熱試驗平臺,通過對120種多元混合熔鹽的配比選型和測試,成功解決了一系列技術難題,已經實現了幾千小時的成功運行試驗和上百次的啟動—運行—停止循環。

馬重芳表示,熔融鹽儲熱系統已經在國外不少電站中得到了實際應用,但熔融鹽作為傳熱介質的實際商業化電站只有西班牙的Gemasolar電站。相對于當前常用的傳熱介質導熱油,熔融鹽傳熱介質具有價格低、安全可靠、傳熱性能好、系統壓力小、無污染等諸多優點,是最理想的傳熱工質。基于馬重芳團隊的研究成果,我國在這方面的研究已經處于領先地位。

馬重芳團隊就熔鹽傳熱儲熱方面的相關研究已發表了多篇學術論文,得到了國際科研機構的高度關注。在馬重芳的辦公室里,記者看到了幾篇學術論文。據馬重芳介紹,這些都是國際權威的學術論文對其研究成果的引用。美國愛達荷國家實驗室發表的《液態熔鹽的熱物理與熱化學性質數據庫》和《熔融鹽強迫對流換熱試驗回路的概念設計》兩個科技報告中都大篇幅直接引用了馬重芳團隊的研究成果,在這兩個報告中推薦了6個公式,6幅數據圖均來自馬重芳團隊的研究成果。這代表了國際權威學術界對馬重芳團隊研究成果的認可。

馬重芳團隊還設計研發了12米長的槽式聚光系統,在北京工業大學建成了一個槽式聚光集熱傳熱蓄熱工程試驗模塊,并已用自主研制的低熔點熔鹽代替導熱油在該工程試驗模塊中進行了上千小時的循環運行工程試驗,掌握了槽式聚光熔鹽傳熱蓄熱系統的設計和運行技術。

“我們正在與相關投資方接洽,計劃做一個10兆瓦的光熱電站,采用我們自有的熔鹽傳熱儲熱技術,以實現該技術的產業化示范。”馬重芳信心滿滿地表示,如果這個項目能夠順利完成,將對我國光熱發電產業化產生深遠影響。

馬重芳團隊對我國光熱發電的前景十分樂觀。對于國家能源局此前發布的規劃目標,他們雖然認為2015年實現裝機1吉瓦的目標存在難度,但對2020年3吉瓦的規劃目標表示樂觀。

這或多或少源于馬重芳團隊對自有技術產業化能力的信心。馬重芳認為,科研成果最終要產業化,才能體現科研人員的價值。在光熱發電的相關科研上,馬重芳團隊注重科研成果的實際應用,外聘了10來名有實際工作經驗的工程師為其科研實踐提供支持,并積極整合各方資源,推動其示范電站項目的進程。

馬重芳這樣形容科研的最終歸宿,科研與產業化應該形成一個閉環循環。投入資金進行科研,科研完成后要具備產業化的能力,從而產出更多的資金,再拿這些“生”出來的資金投入更先進的技術研發。而不是拿了國家的錢來搞科研,搞到最后才發現根本就沒有產業化的可能,導致科研僅僅停留在理論階段。

或許正是在他這種以科研產業化為根本目標的思想指引下,馬重芳率領團隊突破了光熱發電產業鏈最核心的傳熱、儲熱系統的技術研發。在未來,我們有希望看到,在我國的光熱發電站上,馬重芳團隊主導設計的傳熱、儲熱系統將穩定運行。

關鍵字:熔融鹽 傳熱技術

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