单罐双罐复合储热系统及储热方法获专利授权
发布者：本网记者Alice | 来源：CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 9063查看 | 2015-01-13 13:33:00
CSPPLAZA光热发电网报道：2015年1月6日，华北电力大学能源动力与机械工程学院徐超教授等发明的《一种太阳能热发电用单罐双罐复合储热系统及储热方法》获得国家知识产权局的发明专利授权。
该发明采用了将单罐斜温层储热子系统和双罐储热子系统进行耦合的思路，将两种储热系统的优势结合起来，解决了单罐斜温层储热技术效率低、运行方式单一等固有缺点，具有储热成本低、系统效率高、运行方式灵活等技术优势，为光热发电储热技术的开发应用提供了一种新方案。
储热系统是光热发电的核心竞争力体现，双罐熔盐储热技术是当前应用最为成熟、最为广泛的储热技术。双罐储热系统结构简单、技术成熟，但由于其具有两个储热罐，需要的储热介质更多，系统成本较高。
单罐储热系统只有一个储热罐，具有成本较低的优点，又称为斜温层储热系统。放热时高温储热工质在罐的顶部被高温泵抽出，经过换热器放热冷却后，由罐底部进入罐内；充热时低温储热工质在罐的底部被低温泵抽出，经过换热器加热后，由罐的顶部进入罐内。但由于太阳辐照强度的复杂波动，单罐系统的频繁充放热切换将加剧进出口的局部紊流，使其效率逐渐下降，导致系统运行不够稳定；另外，单罐系统难以实现同时进行充、放热等操作，运行方式受到强烈限制。
单罐-双罐储热系统结构示意图
徐超等的此项新发明基于“大单罐加小双罐”的配置，结合了单罐系统成本更低和双罐系统稳定性更佳的双重优点，对储热技术的革新具有一定参考意义和价值。其主要的优点表现在以下五个方面：
1、单罐斜温层储热子系统承担大部分的储热容量，可以有效利用单罐斜温层储热技术的成本优势，而耦合双罐储热子系统，增大储热量同时共用冷热流体泵及管路设备，从而降低储热成本。
2、双罐储热子系统承担小部分的储热容量，主要作为缓冲系统应对白天日照波动，避免了对单罐斜温层储罐频繁充、放热切换操作而加剧斜温层膨胀和扩张的缺点，有效减小斜温层的退化，提高储热效率和系统灵活性。
3、单罐双罐复合储热系统将单罐斜温层储罐在完成设定出口阈值放热后继续深度放热，这部分低于阈值温度的热流体存储在热流体储罐中，这样不仅减少了留在单罐斜温层储罐中导致这部分热流体与低温流体逐渐混合品质降低的影响，提高单罐斜温层储罐的储热能力，而且还实现了温度梯级利用，提高系统的热利用效率，减小了不可逆损失。
4、冷热流体泵布置在体积相对较小的双罐储热子系统的高、低温储热罐内（斜温层单罐内没有流体泵），可能降低泵的液下深度等要求，从而降低流体泵的成本。
5、单罐双罐复合储热系统适用范围广，可通过采用不同的操作策略来应对复杂辐照波动；可用于多种采用液体做传热介质的槽式或塔式等太阳能热发电系统。
光热发电配储热系统已成为在中国开发光热电站的必要前提，在此背景下，国内已有不少企业和科研机构在着力推进新一代储热系统的研发和示范。对于熔盐储热系统的革新可以从两方面着手，一是熔盐储热材料的革新，如采用低熔点熔盐产品提升系统换热效率，二是革新储热系统设计，如本文所述的这种新型储热系统。这两点也是全球范围内行业人士所致力于寻求突破的关键点。
徐超对CSPPLAZA记者表示，他针对熔融盐单罐斜温层储热已经进行了四年多的研究，在国际权威SCI期刊上发表了多篇学术论文，日前授权的发明专利解决了单罐储热系统的一些固有缺点。目前他正在就该专利技术具体的系统集成特性和经济性分析作进一步的研究，希望能藉此推动国内CSP储热技术的应用和技术创新。同时，为了尽快推动该项专利技术的示范应用进程，也欢迎对该技术感兴趣的相关企业与其共同探讨进行一些实际的合作。
该专利的第一发明人徐超原就职于中科院电工研究所，该项发明是其在该所工作时牵头的项目研发成果。该专利的联合发明人还包括常哲韶、李鑫和王志峰三人。该项专利于2013年5月11日提交专利申请，2015年1月6日获得授权，专利权人为中国科学院电工研究所。
附专利相关介绍：
《一种太阳能热发电用单罐双罐复合储热系统及储热方法》：cspdanshuangguan.pdf
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