6月13日，2023中国国际光热大会暨CSPPLAZA第十届年会在浙江杭州盛大召开，北京兆阳光热技术有限公司（简称“兆阳”）副总经理李维就《兆阳高温固体储热技术介绍及典型应用》作主题演讲。

▲北京兆阳光热技术有限公司副总经理李维

大规模高温储热产业现状

李维表示，在全球的用户终端需求中，热能和冷能约占总能耗的一半，而在全球能源预算中，有90%的能量是围绕能源的转换、传输和存储进行的。

上图是近20年关于储能的专利和文章的数据变化，可以看出每年增长较快。另外，由2020年各储能技术的占比图可见，储冷和储热占比约40%，由于热力学电力的约束，热都以中间产物和副产物的形式存在，因此存在着可被大量存储的空间。

李维表示，显热储热技术成熟、操作简单，是目前应用最广泛的储热方式之一。显热储热按照材料的物态可分为固态和液态。常见的固态相变材料包含混凝土、镁砖、鹅卵石等。常见的液态显热材料包括水、导热油、液态金属和熔融盐等。

▲不同储热方式的主要特点

兆阳高温固体储热技术特点

李维介绍，兆阳固体储热系统通常由多个混凝土储热单元组合而成，单元结构包括换热管、匹配及热扩散结构、混凝土储热体及外部保温层，标准截面上均匀布置用于热交换的换热管路，换热管路与混凝土储热体之间通过兆阳专利技术的高导热性能的匹配及热扩散结构相连，在达到储放过程换热功率的同时，又能有效解决金属管路与储热混凝土之间的涨缩尺寸匹配问题，从而实现该固体储热系统的长期安全可靠工作，具有低成本高性能的显著优势。

他表示，兆阳混凝土技术的主要特点如下：

（1）安全：混凝土性能稳定，无燃烧、爆炸、环境污染等风险，不存在锅炉过烧、爆管的运行风险；

（2）基础容量大：每一层混凝土可知性的温度波动有限，大概在40℃、50℃，所以它在即使储热完成之后还有相当大的热量储存，可以作为启动电源。

（3）原料朴素：原材料为水泥、沙、石等，来源广泛，整体成本低；

（4）同时存取：多混凝土模块可协调统一进行蒸汽热量存/取工作；

（5）运行费用低：指泵、冷凝还有人员费用都比较低；

（6）模块化：混凝土可模块化预制生产，现场吊装连管，缩短施工工期。

▲运行原理

上图是李维展示的光热电站级的流程图。

李维表示，假如混凝土共27、28米高，其高度约十几层，其温度示意图则如下所示。

“我们可以看到它像一个阶梯式的，在储热过程整体温度都在上升，取热时整体都在下降，但是每个人的工作范围都是有限的，所以我们称之为‘基础容量大’。其主要的材料是水泥、沙子、石子，来源广泛，比较便宜。”

其施工过程如下图。

▲施工过程

李维表示，兆阳储热混凝土的热物性由专业机构使用进口高品质热物性测试仪器进行测试，结果表明，兆阳专利配方储热混凝土在常温下综合导热系数＞2.2W/（m.K），350℃下的综合导热系数＞1.6W/（m.K），导热性能优良。该性能指标混凝土的综合成本较低，完全满足光热发电储热要求。

▲储热混凝土导热系数测试结果

李维表示，兆阳的专利技术可有效解决高导热性能及膨胀匹配问题，其做基础研究时，在换热管道外壁的翅片上做了很多的研究，仿真、测试。

测试结果如下图，包括比热容、导热系数、密度、线膨胀系数、平均抗压强度。

▲配方混凝土基本热学性能指标

▲抗压强度随循环次数的变化曲线

李维表示，这其中有一个特别重要的性能即取热和储热的性能，“我们称它为单位长度换热能力，例如混凝土的平均温度与管道壁面温差在10℃的情况下单位换热性能是多少呢？我们设计是100 W/m，这是由很多密密麻麻的管道组成的整体储热能力，经过测试满足我们的设计要求。这里面是考量了全部的缝隙、膨胀还有运行过程当中一些横向上的裂缝。”综合考量之后，结果如下图。

▲单根管路储热、取热测试

应用场景及案例分析

应用场景一：光热电站

以兆阳张家口15MW光热发电项目-720MWh混凝土固体储热项目为例，该项目镜厂占地约85万平米，镜面面积38万平米，储热介质：耐高温混凝土，储热容量720MWh，长*宽*高：36m*27.5m*28m。

技术来源：兆阳光热经济型高倍菲涅尔式聚光技术、直接蒸汽发生技术（DSG）以及耐热混凝土储热技术2018年建成项目一期18万平米镜面以及全容量储热体，进行了一系列性能测试及试运，测试结果满足系统的设计要求，储取热性能满足设计要求。

应用场景二：火电站的灵活性改造

李维表示“锅炉产生的蒸汽全部进入汽轮机，部分蒸汽通过我们的储热系统进行储热，有一个模型：7.5MPa的蒸汽，500℃蒸汽进行存储，输出1.3MPa300℃，年需求量是18万吨的蒸汽，我们整体设计的储热容量是460MWh，然后大概为1万立方的混凝土，造价是5400万元左右，单位体积造价是117元/kWh。”

应用场景三：电蓄热向生产型企业供蒸汽

假定年需求蒸汽量为30000t，供汽时长24h，设备谷电蓄热时长为8h，蒸汽参数：0.6MPa饱和蒸汽，根据以上设计参数计算固体电蓄热设备，其主要参数如下所示：

应用场景四：电蓄热向小区冬季供暖

据李维介绍，假设一个供暖建筑面积10万㎡，热负荷按照35W/㎡计算，需要容量是56MWh，整体是80m³的混凝土，造价477万元，单位体积造价可达84元/kWh。

公司简介

北京兆阳光热技术有限公司及其关联公司致力于太阳能光热利用技术的开发及推广。公司的核心团队由数名清华学子组成，秉持行胜于言的理念，经过近20年的研发历程，形成了一套原创光热技术体系，并具备全产业链完整自主知识产权。

北京兆阳的类菲涅尔聚光集热技术和大规模储热技术除了整体应用于太阳能热发电外，其组成部分及其衍生产品还可被单独应用于工业热水/蒸汽、火电站灵活性改造、城镇供热、海水淡化、农业畜牧业供热等领域，清洁、经济、安全。

北京兆阳的全资子公司四川苏能电力工程设计有限公司具备电力行业新能源发电、变电工程、送电工程、火力发电（含核电站常规岛设计）和建筑行业（建筑工程）等工程设计资质，以及工程勘察、工程测量、电力工程施工总承包、建筑工程施工总承包等系列资质，可从事资质证书许可范围内相应的建设工程总承包业务。

公司对外提供全套太阳能光热技术服务，承接聚光集热系统及储热系统的研发、制造、销售；并提供技术咨询、方案解决、光热电站EPC服务及升级改造、调试运维等服务。