在10月25日于浙江•湖州召开的2024第五届中国储热大会上，北京兆阳光热技术有限公司经理王芳出席会议并作《兆阳低成本长时储热系统指标及应用》的主题演讲。

图：王芳

以下为演讲内容。

各位领导、嘉宾，大家下午好，我来自北京兆阳光热技术有限公司，今天的报告题目是《兆阳低成本长时储热系统指标及应用》。报告主要分为四部分：

一、公司简介

公司介绍

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。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，具备全产业链完整自主知识产权。

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。

公司简介

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和混凝土储热技术服务，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、清洁能源供热项目EPC、调试运维等服务。

资质及荣誉

下面介绍一下我司的资质以及荣誉，截至目前，公司授权的发明专利42项，实用新型专利147项，其他国家专利授权18项；主编一项国家标准《菲涅耳式太阳能光热发电站技术标准》，参编四项国家标准；是国家高新、市高新企业、知识产权示范单位；获得的荣誉与课题有：格尔木供热项目获得世界银行的资金支持、核心专利获得2022年电力科技成果金苹果奖、聚光集热技术和固体储热技术获全球绿色低碳领域蓝天奖、2022年中央引导地方科技发展专项课题。

合作经营模式

公司对外经营模式一共有4个方面，首先是清洁能源项目的整体方案设计，其次为核心产品的批量制造，例如聚光反射镜、聚光反射镜支架、聚光集热的集热器以及混凝土固体储热产品，另外提供以上产品的施工安装服务，最后是项目后期调试运维，以及调试运维的培训和服务。

二、储热系统技术指标

兆阳固体储热技术特点

兆阳固体储热技术具备以下9个特点优势：

1、蓄热介质安全经济：选用耐高温混凝土作为蓄热介质，蓄热温度高达500℃，无燃烧、爆炸、腐蚀、冻堵风险，经济安全。

2、装机规模相对较大：可实现大规模（GW级）长时（24-48小时乃至更长）储热。

3、使用寿命长：使用寿命在25年左右，充放热次数不受限制。

4、建设周期短：兆阳固体储热可模块化生产，现场拼装焊接，大规模的长时储热设备建设周期在1年内。

5、运行安全性高：储热和取热的全过程均为纯物理变化，安全性高，无燃烧、爆炸、腐蚀、冻堵、泄露等风险。

6、响应速度快：升、降负荷可自由调节。

7、环境友好：混凝土储热系统的制造和运行对环境不产生任何污染。

8、全天候热力供应保障能力强：可实现全天24小时稳定热力输出，保障用户或电站的稳定用热需求。

9、经济性优：在相同的储热参数条件下，与熔盐储热、耐火砖储热比较，经济性更为显著。

原料朴素，来源广泛成本低

下面我说一下为什么混凝土储热经济性比较显著？

由于选用的原材料的来源比较广泛，主要原料是一些普通的建筑材料，水泥、沙子、石子，另外还有兆阳专有配方耐高温添加剂，以上是蓄热介质的材料；其他的换热装置均采用常规热力系统的水泵、钢管，以及常规热力阀门、仪表，具备国家标准以及行业标准的有力支撑。

储热装备形态

针对不同的应用场景，储热装备形式分为以下三种：

1、集装箱一体化设备

第一种是相对小型的装置，采用集装箱式模式，蓄热介质、储换热管道、保温等结构均匹配在集装箱内，交付给客户的就是一个撬装式集装箱，如上图所示。

2、模块化预制

采用模块预制化的方式，在工厂进行模块的预制，运输到项目现场，进行模块的吊装就位，然后外部管道连接，最后进行保温，以及外壳安装，具体流程如下图所示。

3、现场浇筑

像光热电站和火电站灵活性改造项目，规模在几十兆瓦、百兆瓦以上的采用现场浇铸方式。现场浇筑施工过程如下图所示，首先将翅片管进行加工、逐层码放，之后逐层浇筑，最后进行外部的管道连管、保温以及外壳的安装。

图：现场浇筑施工过程

储热混凝土热性能测试

由第三方机构使用进口高品质热物性测试仪器对储热混凝土进行了专业测试，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。

图：储热混凝土导热系数测试结果

热学、力学性能指标检测结果

另外，配方混凝土热学性能指标检测结果表明：当温度为300、400和500℃时，其对应的比热容值分别是1.028、1.040、1.10kJ/(kg·K)；当温度为250、300和450℃时，其对应的导热系数分别为1.713、1.615、1.327W/(m·K)；密度是2022Kg/立方米，平均抗压强度30MPa以上。

上图是抗压强度随循环次数的变化曲线，循环超过15次左右，抗压强度稳定在35MPa的水平。

我们针对实体的固体混凝土蓄热装置单根管路取热性能进行了测试，当设计的理论温差为10℃时，蒸发段换热系数的单位长度理论设计取热功率为100W/m；实测当量蒸发段换热温差10℃下，取热功率为98.76W/m，测试得到的取热功率与设计取热功率偏差小于2%。

综上可以验证：混凝土储热系统从工艺、性能和造价各方面均达到设计目标，能够完全满足热用户对储取热的性能要求。

运维费用低

主要体现在以下三个方面：

1、类似常规热力设备，电费低

管道、阀门、仪表等均采用常规热力设备，检修和更换费用低；

蓄热介质为混凝土，无需防凝，运维电费低。

2、运维人员数量少

系统简单，常规热力站运维人员数量即可满足运维要求。

3、人员能力要求不高

蓄热介质安全、可靠，无泄漏、凝固等隐患，常规热力站运维人员水平即可满足要求。

三、应用场景

固体储热系统可以对热力、电力进行储存，输出蒸汽/油/热水/其他，具体以客户需求为准。应用领域也十分广泛，包括：发电、工业蒸汽、酒店/医院等供消毒用蒸汽、商业楼宇/酒店供暖/工业热水、小区冬季供暖等。

蒸汽蓄热运行原理如下图所示，可以根据客户需求进行调整，例如，储存的热源是导热油，供应的也是导热油。

热源来源比较广泛，可以是聚光集热系统，也可以是热力电厂的余热，例如煤电厂或生物质电厂等。在此以蒸汽为例进行工艺流程的说明。

蓄热时，高温蒸汽从固体混凝土蓄热系统的顶端进入混凝土储热块的管束内，高温蒸汽在管束里流动过程中逐步将热量释放给配方混凝土，使其温度逐渐升高，当蒸汽流动至固体混凝土底部时，其温度下降，重新回到热力系统循环；取热时，水泵将水从固体混凝土底部泵入，流经混凝土储热体的管束过程中逐渐升温蒸发，达到预设的参数后最终供应给用户。

在蒸汽蓄热的过程中，不管蓄热还是取热，采用的管道是同一套。上图所示有6个储热模块，根据阀门的开关状态可以看出，左侧的4个储热模块在进行热量的存储，右侧2个储热模块在进行热量的取出。如此，储热模块通过一套管束就具备实现储热和取热的能力，因此一般情况下，储热和取热介质是相同的。

电蓄热混凝土储热体的运行原理与蒸汽类似，唯一不同的是输入谷电/弃电。光伏和风电的弃电逐年增加，可以利用这些低价电力进行存储，通过电加热器件将配方混凝土进行加热，用户有热量需求时进行取热，可以根据客户的需求取出导热油、蒸汽或热水供给用户使用。储热模块的取热过程和前述蒸汽取热过程一致。

图：电蓄热运行原理

四、应用实例：光热电站720MWh固体储热

我们公司在兆阳张家口15MW光热发电项目建设了720MWh的混凝土固体储热体。

项目镜场占地约85万㎡，镜面面积38万㎡，储热介质为耐高温混凝土，传热流体为水/蒸汽。项目采用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，聚光集热镜场直接输出高温高压蒸汽。

该项目设计的蒸汽参数是12.5MPa，450℃，以这样的蒸汽参数进入固体储热里面，进行热量的存储，取出的蒸汽参数是10MPa，380℃，固体储热容量是720MWh，外部尺寸是36m×28m×28m，相当于一个建筑楼房。

图：单座储热塔夜间大功率取热测试

以上是聚光集热系统白天存储蒸汽后，在夜间进行取热性能的测试。如上图所示，出口蒸汽温度和压力非常稳定，总取热功率高达25MW。