熔鹽管理閥門：聚光太陽能發(fā)電的關(guān)鍵創(chuàng)新與挑戰(zhàn)

2024-09-04 瀏覽量：83

在可再生能源領(lǐng)域，聚光太陽能發(fā)電（CSP）可謂是支柱型技術(shù)，因為它能最大限度將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能。對于聚光太陽能發(fā)電站而言，決定其運行效率和可靠性的關(guān)鍵設(shè)備之一，就是技術(shù)先進的熔鹽管理閥門。熔鹽既是傳熱流體（HTF）又是熱能儲存（TES）材料。本文旨在深入探討此類閥門在設(shè)計中需要考量的因素，面臨的挑戰(zhàn)和可能的創(chuàng)新。

1. 熱能儲存（TES）和熔鹽的應用

在聚光太陽能發(fā)電站中，熱能儲存是最關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)。它的功能是將一天中峰值日照時間富余的熱能儲存起來，并在無日照的時間里用于發(fā)電。這樣就可以使聚光太陽能發(fā)電站在夜間或陰天也能發(fā)電，提高了它的可靠性和效率。

熔鹽既是傳熱流體（HTF），又是熱能儲存材料。它可以高效地儲存和傳遞熱能，因此非常適用于這樣的場合。此外，熔鹽還能被用作冷卻劑。某些情況下，也能用作核電站的燃料，和高溫熔鹽電池中的電解液。

2. 為何使用鹽類混合物？

簡單鹽需要大量熱能才會熔化，而且比混合鹽更容易降解。為了提高鹽的熱性能，需要將硝酸鹽、碳酸鹽、氟化物和氯化物等鹽類，按照特定比例混合在一起。這樣的混合物熔點較低，沸點較高，蒸氣壓較低，而且熱穩(wěn)定性較好。

3. 槽式和塔式聚光太陽能發(fā)電

聚光太陽能發(fā)電站（CSP）的設(shè)計通常分為兩種類型：槽式和塔式。大多數(shù)第二代CSP都會采用硝酸鹽混合物作為工藝介質(zhì)，其具體成分通常是60%硝酸鈉和40%硝酸鉀。這種混合物的熔點是221℃，在238℃開始晶體化。在CSP的工藝流程中，鹽被聚光塔或拋物槽加熱（>400℃），并儲存在熱槽中，溫度保持在500℃左右。冷鹽（<400℃）會被預熱，使其溫度高于凝固點，隨后被泵入塔中，進入后續(xù)加熱工序并反復循環(huán)，確保電站連續(xù)發(fā)電。

4. 優(yōu)勢和挑戰(zhàn)

CSP采用的熔鹽具有多種優(yōu)勢，包括熱穩(wěn)定性高，密度高，不可燃，蒸氣壓低，因此運行效率和安全性都較高。

然而挑戰(zhàn)也同樣存在，包括鹽的結(jié)晶現(xiàn)象會給泵和閥門等設(shè)備帶來嚴重風險，同時也可能會導致運營成本上升。

由于技術(shù)局限性，CS P 比其它能源發(fā)電的成本更高一些， 熱能儲存（TES）效率大約是90%，但是電能轉(zhuǎn)化率僅為50%。

5. 用于CSP發(fā)電站的幾種閥門類型

CSP發(fā)電站會用到若干種類型的閥門來控制蒸汽和空氣。但是在熔鹽工況下，截止（控制）閥和三偏心蝶閥比較受青睞，因為它們的結(jié)構(gòu)設(shè)計特殊，能有效地控制熔鹽流的流動，同時確保裝置高效運行。以下是幾種適用于CSP發(fā)電站的閥門類型：

閘閥：大型管道中，熔鹽可以不受閥門阻礙地流動，最大限度地降低流動阻力。

蝶閥：結(jié)構(gòu)緊湊，適合在大型管道中控制流體，尤其是在空間有限的場合。

截止閥：可以精確控制熔鹽流速，這對于優(yōu)化熱傳遞非常重要。

止回閥：可以防止逆流，確保熔鹽只能按照設(shè)計的方向流動。

控制閥：配置有執(zhí)行器，可以精確控制流速、壓力和溫度。

泄壓閥（壓力安全閥）：壓力超過設(shè)定值時自動泄壓，防止系通超壓，保障安全。

熱膨脹閥：可以承受熔鹽的熱脹冷縮，因此能維持系統(tǒng)的整體完好性。