熔盐储能:跨界应用亟需解决三大难题
发布者:xylona | 来源:光热家 | 0评论 | 545查看 | 2024-05-20 09:22:22    

目前,熔盐储能作为长时高安全、大容量、低成本、大规模、易回收的新型储能技术领域,在光热发电熔盐储能核心领域之外,正快速从示范应用到新型储能弯道超车的加速度跨界崛起。熔盐储热应用新型储能技术崛起东方,已势不可挡后来居上,加速助力新型电力系统风电光伏可再生能源绿电的消纳,构建以新能源增长和化石能源减少,利用熔盐储能供热和发电技术的优势增减挂钩,为燃煤燃气锅炉碳排放双控新旧动能转换提供现阶段最佳解决路径。


熔盐储能从成熟的光热发电技术跨界应用,目前还亟需破解技术跨界的三大难题。


首先,二元熔盐和三元熔盐(其他新型熔盐)应用温度范围的差异,低温区粘度变大,这是熔盐的特性,也是需要重点突破的低熔点创新发展的攻克难题。


低温的难题似乎没有高温的严峻,低温无非是粘性大,增加泵的功耗,只要温度上来相关问题迎刃而解。至于上限高温或者说局部超温的后果影响,可能会给整个系统和项目带来不可估量的安全技术风险。从首批光热发电示范项目应用情况下来,更高温度上限的选择应该是565℃、还是575℃、或者550℃?到底多少度会更合理,还需要根据熔盐使用过程中的性能变化,重新科学评估分析研究,参考意大利ENEA通过对二元熔盐(硝酸钾40%、硝酸钠60%)经过10000小时试验分析研究,温度超过550℃后会有少量的亚硝酸根离子释出,亟需针对首批示范项目的现有熔盐产品进行跟踪测试,分析研究是否出现亚硝酸根离子变化的情况发生。如果是,又如何优化设计分析找到产生的真正原因,更是现阶段和接下来熔盐储能领域的应用技术研究的重点课题,“勿以恶小(技术指标超标一点点)而为之”,放任不管未来熔盐技术变化风险影响吗?分析研究亚硝酸根离子超标对于熔盐储能电站运行过程中可能的潜在风险,是接下来需要科研机构和电站运营方,以及熔盐材料商,设计院等共同寻找熔盐储能大规模高质量发展道路上重点研究的课题之一。


针对亚硝酸盐的高温分解风险,能够降低熔盐更低熔点的优势,熔盐的热物性会相对更稳定的现实矛盾,如何解决跨界应用到火电机组领域的温度匹配适应性,需要快速研发一种替代新型熔盐刻不容缓,动辄上万吨的规模,亚硝酸钠超过430℃出现少量分解的难题是目前的最大风险点,如何控制加热模温避免超温影响,理论设计上面可能不存在风险,实际运行就需要设计做到万无一失的应急处理方案,新兴产业带来新的难题,只有实践和运行才能出现和找到解决办法。科技创新如何能够适用应用需求,如何创新去除亚硝酸钠是当下熔盐新材料领域亟需实践攻克的难题。


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图1国内首个燃煤机组耦合熔盐储能供热和发电调峰调频供热示范


其次,熔盐储能跨界应用新三防。如果说之前设计的防凝和防超温是目前阶段重点考虑的问题,新的第三防,可能要落到大家之前在光热发电领域未考虑到的或者之前的应用场景不太需要考虑的问题。防水或者说防洪水更精准一点,考虑到应用场景的不断变化,从西北地区的沙漠、戈壁、荒滩逐渐应用到东部的火电厂、工业园区等,地理位置的跨界应用变化,势必会出现新的防水特别是防洪水考量。比如有些电站建设在松花江、嫩江两江流域,在这类地区建设的光热电站熔盐储能系统就可能需要考虑到防水和防洪水的设计要点。避免因熔盐储罐遭遇洪水的无情浸泡,可能带来的熔盐储罐形成较大的“内热外冷”温差,对于储罐设备的应力变形可能会遭遇焊缝开裂,导致熔盐储罐的泄漏风险,当然针对二元熔盐来说如果泄漏到水里并不会造成大的危害。如果是三元熔盐(指含40%亚硝酸钠)出现泄漏到水里面的话,那就会造成很大的水生环境破坏,主要原因是亚硝酸钠有毒性:属于危害水生环境物质的危险类别,急性毒性类别1,96小时,LC50(鱼类)。如果一旦出现泄漏可能会对水生环境的破坏造成很大的影响,


如此以来,就需要针对新型熔盐储能跨界应用过程中,针对不同地区的应用场景,在设计阶段需要考虑到新的防水或者防洪水的要求,以利于客户能在一个新型熔盐储能电站的可研过程中,增加上之前被忽视或者不重点考虑的问题点。可能也是影响整个熔盐储能电站全生命周期稳定运行的关键因素。


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图2熔盐储能系统示意图


最后,新型熔盐技术如何低熔点、去钠的新思维。面对新的难题和问题,熔盐储能新材料的高质量发展,是否一定是“宽温域”、“更高温”熔盐这一科技创新研发方向呢?从科学技术研究角度这个是不需要怀疑的,需要一个长期的过程。宽温域就需要相关储能设备材料、设备、管道、泵、阀等协同技术都要跟得上,特别是未来槽式熔盐导热传热储热技术上面,务必要考虑到宽温域,对于回转接头的技术考验,或者超出了熔盐难度的本身,一个卡脖子点就将让所有的研发应用无法顺利进行下去,如果短期内没有办法解决好系统装备难题,很难形成规模化应用的机会,最终只是停留在配方或者试验室,没有经济性市场化的驱动,还是比较难有高质量规模化发展,更别说创新的初衷是为了降低成本。


针对可再生能源高比例发展,熔盐储能规模化需要的未来,关键还是亟需解决当下的现实难题,常规的二元熔盐如何破解是否是超温造成的硝酸钠分解产生的亚硝酸根离子,还是其他原因,是否后续难题会逐步频繁造成系统安全技术风险。破解的方法是否就是需要去除硝酸钠由一种新的材料来替代呢?还是降低高温的运行参数来解决来的更现实都需要大家的共同研究。


熔盐储能跨界应用技术研究是当下破解三元熔盐(指含40%亚硝酸钠)超温影响的重要措施,如何用新型材料替换亚硝酸钠也是亟需解决难题的思路,有效去除风险材质,有效降低高温段的使用温度也是一种解决路径。技术风险、环境风险、经济性、适应性是熔盐储能跨界应用路上的沟沟坎坎,需要设计院、研究机构、熔盐材料制造商、高校研究团队、项目业主或者运维团队,共同根据熔盐储能项目的更多应用,尽速尽早找出更佳匹配方案。


熔盐储能跨界应用的路途中,难免需要克服一些适应性、经济性、创新性的难题,只要及早发现问题,找到问题的解决办法,相信逐步会加速助力新型电力系统建设,为构建新型能源体系建设做成更大贡献。

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