【摘要】槽式太陽能熱發電技術和塔式太陽能熱發電技術是當今世界太陽能熱發電的主流，雖然兩者都是將太陽能輻射轉換成熱能，但兩者的主要區別還是在蓄熱儲能方面。所以本文將會根據摩洛哥努奧200MW槽式太陽能熱發電電站和150MW塔式太陽能熱發電電站，分析兩者發電原理，結合導熱介質特性，著重對其蓄熱儲能介質的運用進行分析。

　　【關鍵詞】光熱發電,發電模式,導熱介質,蓄熱儲能

　　1發電模式比較

　　槽式太陽能熱發電是通過槽式拋物面反射鏡反射太陽能到位于集熱器直管中，加熱導熱油到393℃左右，被加熱后的導熱油，有的會到蒸汽發生系統產生蒸汽，到汽輪機發電;有的會被熔鹽儲熱系統保存下來，以備光照不足的情況。

　　而塔式太陽能熱發電是若干定日鏡通過反射太陽能光塔的吸收器上，加熱熔鹽，使熔鹽的溫度從300~565℃，被加熱后的熔鹽傳送至蒸汽發生系統進行換熱，產生的蒸汽將用來推動汽輪機發電;或者通過熔鹽儲熱系統被保存下來，以備光照不足的情況。

　　塔式發電相比于槽式發電具有更高的聚光比(300~1500)、更高的工作溫度、更短的熱傳導路程、更少的耗損熱量，故塔式太陽能熱發電的系統效率在23%左右，高于槽式太陽能熱發電的系統效率的14%左右。但是槽式熱發電技術運用時間更長，技術更成熟，成本更可控。但鑒于目前技術和成本的制約，為達到削減光熱發電成本，實現共贏互補的目的，槽式發電和塔式發電這種聯合的開發模式也越來越受到青睞。

　　2導熱介質比較

　　兩者均是聚光吸熱，吸熱的導熱介質溫度遠遠高于水的沸點，為了更加安全、有效的存儲和傳遞能量，就必須要求使用耐高溫和不易汽化的導熱介質。槽式發電是在小于400℃的狀態下進行集熱，在這種高溫條件，以聯苯-聯苯醚為成分的導熱油能夠滿足現場所需條件。

　　努奧槽式發電所用導熱介質就是以73.5%聯苯醚和26.5%聯苯組成。其中純度99.9%，使用溫度-30~400℃，凝結溫度12℃，閃點≥110℃，著火點≥118℃。塔式發電是在小于600℃的狀態下集熱，在此種高溫條件下，二元混合熔鹽能夠更好滿足現場使用條件。努奧塔式發電的導熱介質就是60℃硝酸鈉和40%硝酸鉀，其中純度99.9%，使用凝固溫度221℃，結晶溫度238℃，最高使用溫度600℃。

　　雖然三元混合熔鹽也曾經被作為蓄熱儲能材料運用光熱發電項目中，但二元混合熔鹽在600℃的條件下，穩定性更好，也可通過加入添加劑，使其熔點降低，而不改變其自身穩定性，還能在更高的溫度條件下蓄熱，也能在較低溫度下保持液態，避免固化的能量耗損。

　　熔鹽相比于導熱油，還有以下的優勢：(1)使用壽命更長：導熱油使用3年左右需要更換，而熔鹽使用25年左右才需要更換;(2)更低的控制設備投入，降低系統控制難度：在使用導熱油作為蓄熱介質中光熱電站中，系統多、回路多，因而控制難度增加;同時需要增加熔鹽系統來作為光照不足的儲能裝置;(3)系統使用效率更高：由于熔鹽的使用溫度更高，提高了汽輪機參數;(4)更加環保：導熱油是有毒物質，而熔鹽在使用后可通過再加工制作成化肥，使其物盡其用。雖然熔鹽比導熱油具有更多的優勢，但是選擇什么樣的導熱介質是由電站選址、發電容量、成本控制、技術制約等因素共同決定的。

　　3蓄熱儲能比較

　　在槽式發電中，導熱油需要經過鏡場區域加熱，然后導熱油流經蒸汽發生系統和油鹽換熱系統，而這些設備的出口又連接到導熱油泵的入口，再回到管網系統中進行循環。導熱油在不同的溫度下，體積有明顯的變化，所以就需要配套的膨脹系統來保證導熱油在正常運行過程中的體積變化。

　　導熱油在高溫條件下易揮發，故而需要再生系統消除導熱油品質退化生成的重組分成分。這主要是通過在閃蒸罐里進行形成液態和氣態進行分離，氣態會進入到收集罐中凝結，然后重新運用;而液態則會留在再生閃蒸罐中，通過重力回到排放罐中。導熱油的成分是具有一定毒性的，因此配備凈化系統來去除導熱油品質退化生成的輕組分成分和凝結從膨脹系統來的導熱油揮發氣。

　　低成分對機組運行十分危險，凈化過程開始時間主要取決于供貨質量、周圍環境、操作方式的影響，一般在一年之后開始。導熱油的凝點在12℃，因此需要設置導熱油鍋爐加熱導熱油，防止導熱油因受外界環境影響而凝固。雖然導熱油具有良好的導熱性，但由于熔鹽更加良好的蓄熱能力，所以在槽式發電中，熔鹽儲熱系統將會實現在光照不足或者日落的情況下，供給熱量給SGS區域，使機組繼續運轉。

　　在白天光照充足的條件下，導熱油將會與存儲在冷罐中的熔鹽在熱交換器進行換熱，使熔鹽的溫度從292℃上升到386℃，然后進入到熱熔鹽罐中進行保存，而與此同時，導熱油的溫度也由391℃下降到300℃。反之，在夜晚來臨的時候，熱熔鹽將會與導熱油換熱，使導熱油的溫度從287℃上升到379℃，繼續讓導熱油做工，維持機組的連續運行。為保證夜間機組的正常運行，就要求在光照充足的條件下必須存儲足夠的能量。冷熔鹽罐和熱熔鹽罐的容積相同，容積大概在22900m3。

　　由于熔鹽儲能跟塔式發電原理一致，所以將在后續講解。在塔式發電中，熔鹽是作為唯一的導熱介質貫穿整個蓄熱儲能系統中，鑒于熔鹽高比熱容、高熱導率、無毒等特性，相比槽式發電的蓄熱儲能就更加簡化，更加便于控制，但由于熔鹽開始在238℃結晶，在221℃凝固，就必須要求熔鹽的溫度大于255℃。防止熔鹽凝固是通過保溫層、熔鹽循環運動、電伴熱系統、電加熱器方式進行的。

　　保溫層：使用巖棉縫氈作為保溫，再用波紋壓型板作為護板，以此減少熱量損失。對于管道，要求保證環境溫度大于25℃時，管道保溫層外表面溫度不大于60℃;環境溫度低于25℃，管道保溫層外表面溫度和環境溫度差不大于27℃。對于罐體，要求保證在不運行的情況下，熔鹽日降溫不大于1℃。

　　熔鹽循環運動：利用冷熔鹽罐內接收泵將熔鹽送至光塔吸熱器加熱，使熔鹽溫度從299.5℃升到565℃，送至蒸汽發生系統做功和熱熔鹽罐進行存儲，最后再回到冷熔鹽罐中。利用這種周而復始的方式，保證熔鹽運動，彌補能量損耗。電伴熱系統：電伴熱是由鑲嵌在金屬套殼內的電阻、溫度傳感器、控制器組成。

　　電伴熱系統是被接入應急服務網絡中，在機組運行過程中必須保證電伴熱系統運行，使其連續測量、保證設備管道的表面溫度，當溫度低于265℃時，電伴熱系統便會加熱管道，避免熔鹽結晶凝固。電加熱器：分別在冷熔鹽罐和熱熔鹽罐底部，安裝了密閉式加熱器，給罐內熔鹽加熱，彌補通過罐殼、罐頂、罐底損失的熱量，保證在長時間停機階段熔鹽不會凝固。

　　每個加熱器有兩個功率級，并應配備三個溫度傳感器，一個溫度傳感器用在第一個功率級的電阻元件上，另一個溫度傳感器用在第二個功率級的電阻元件上，第三個溫度傳感器與護套接觸。當罐內熔鹽溫度下降到一個凍結的風險值時，電加熱器將會根據情況開啟。另外，電加熱器會在高溫度和低液位的狀態下關閉。

　　4結語

　　導熱油和熔鹽作為蓄熱儲能介質解決了太陽能資源具有間隙性和不穩定性等局限，使其太陽能光熱電站具備大容量儲熱裝置，可平滑發電出力，減少出口波動，實現發電功率的穩定，因此在太陽能熱發電中廣泛使用。優化光熱發電設計，簡化系統流程，提高工作溫度，確保更高的發電效率，就需要充分利用導熱介質特性，更全面地完善蓄熱儲能系統。同時，導熱油和熔鹽通過也被廣泛運用在大規模民用供熱、常規電廠調峰改造、園區能源綜合利用等各方面，所以因根據不同需求參數，完善導熱介質特性以便適應在更多運用。

　　參考文獻

　　[1]汪琦，俞紅嘯，張慧芬.熔鹽和導熱油蓄熱儲能技術在光熱發電中的應用研究，2015：3~4.

　　電力工程師投稿期刊：水力發電學報是中國水力發電工程學會主辦的刊物，經中國科協批準為一級學術性刊物，1982年創刊定為季刊，2004年起改為雙月刊，公開出版，國內外發行。