6月13日，2023中國(guó)國(guó)際光熱大會(huì)暨CSPPLAZA第十屆年會(huì)在浙江杭州盛大召開，北京兆陽(yáng)光熱技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱“兆陽(yáng)”）副總經(jīng)理李維就《兆陽(yáng)高溫固體儲(chǔ)熱技術(shù)介紹及典型應(yīng)用》作主題演講。

▲北京兆陽(yáng)光熱技術(shù)有限公司副總經(jīng)理李維

大規(guī)模高溫儲(chǔ)熱產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

李維表示，在全球的用戶終端需求中，熱能和冷能約占總能耗的一半，而在全球能源預(yù)算中，有90%的能量是圍繞能源的轉(zhuǎn)換、傳輸和存儲(chǔ)進(jìn)行的。

上圖是近20年關(guān)于儲(chǔ)能的專利和文章的數(shù)據(jù)變化，可以看出每年增長(zhǎng)較快。另外，由2020年各儲(chǔ)能技術(shù)的占比圖可見(jiàn)，儲(chǔ)冷和儲(chǔ)熱占比約40%，由于熱力學(xué)電力的約束，熱都以中間產(chǎn)物和副產(chǎn)物的形式存在，因此存在著可被大量存儲(chǔ)的空間。

李維表示，顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)成熟、操作簡(jiǎn)單，是目前應(yīng)用最廣泛的儲(chǔ)熱方式之一。顯熱儲(chǔ)熱按照材料的物態(tài)可分為固態(tài)和液態(tài)。常見(jiàn)的固態(tài)相變材料包含混凝土、鎂磚、鵝卵石等。常見(jiàn)的液態(tài)顯熱材料包括水、導(dǎo)熱油、液態(tài)金屬和熔融鹽等。

▲不同儲(chǔ)熱方式的主要特點(diǎn)

兆陽(yáng)高溫固體儲(chǔ)熱技術(shù)特點(diǎn)

李維介紹，兆陽(yáng)固體儲(chǔ)熱系統(tǒng)通常由多個(gè)混凝土儲(chǔ)熱單元組合而成，單元結(jié)構(gòu)包括換熱管、匹配及熱擴(kuò)散結(jié)構(gòu)、混凝土儲(chǔ)熱體及外部保溫層，標(biāo)準(zhǔn)截面上均勻布置用于熱交換的換熱管路，換熱管路與混凝土儲(chǔ)熱體之間通過(guò)兆陽(yáng)專利技術(shù)的高導(dǎo)熱性能的匹配及熱擴(kuò)散結(jié)構(gòu)相連，在達(dá)到儲(chǔ)放過(guò)程換熱功率的同時(shí)，又能有效解決金屬管路與儲(chǔ)熱混凝土之間的漲縮尺寸匹配問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)該固體儲(chǔ)熱系統(tǒng)的長(zhǎng)期安全可靠工作，具有低成本高性能的顯著優(yōu)勢(shì)。

他表示，兆陽(yáng)混凝土技術(shù)的主要特點(diǎn)如下：

（1）安全：混凝土性能穩(wěn)定，無(wú)燃燒、爆炸、環(huán)境污染等風(fēng)險(xiǎn)，不存在鍋爐過(guò)燒、爆管的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；

（2）基礎(chǔ)容量大：每一層混凝土可知性的溫度波動(dòng)有限，大概在40℃、50℃，所以它在即使儲(chǔ)熱完成之后還有相當(dāng)大的熱量?jī)?chǔ)存，可以作為啟動(dòng)電源。

（3）原料樸素：原材料為水泥、沙、石等，來(lái)源廣泛，整體成本低；

（4）同時(shí)存取：多混凝土模塊可協(xié)調(diào)統(tǒng)一進(jìn)行蒸汽熱量存/取工作；

（5）運(yùn)行費(fèi)用低：指泵、冷凝還有人員費(fèi)用都比較低；

（6）模塊化：混凝土可模塊化預(yù)制生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)吊裝連管，縮短施工工期。

▲運(yùn)行原理

上圖是李維展示的光熱電站級(jí)的流程圖。

李維表示，假如混凝土共27、28米高，其高度約十幾層，其溫度示意圖則如下所示。

“我們可以看到它像一個(gè)階梯式的，在儲(chǔ)熱過(guò)程整體溫度都在上升，取熱時(shí)整體都在下降，但是每個(gè)人的工作范圍都是有限的，所以我們稱之為‘基礎(chǔ)容量大’。其主要的材料是水泥、沙子、石子，來(lái)源廣泛，比較便宜。”

其施工過(guò)程如下圖。

▲施工過(guò)程

李維表示，兆陽(yáng)儲(chǔ)熱混凝土的熱物性由專業(yè)機(jī)構(gòu)使用進(jìn)口高品質(zhì)熱物性測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，兆陽(yáng)專利配方儲(chǔ)熱混凝土在常溫下綜合導(dǎo)熱系數(shù)＞2.2W/（m.K），350℃下的綜合導(dǎo)熱系數(shù)＞1.6W/（m.K），導(dǎo)熱性能優(yōu)良。該性能指標(biāo)混凝土的綜合成本較低，完全滿足光熱發(fā)電儲(chǔ)熱要求。

▲儲(chǔ)熱混凝土導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果

李維表示，兆陽(yáng)的專利技術(shù)可有效解決高導(dǎo)熱性能及膨脹匹配問(wèn)題，其做基礎(chǔ)研究時(shí)，在換熱管道外壁的翅片上做了很多的研究，仿真、測(cè)試。

測(cè)試結(jié)果如下圖，包括比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、密度、線膨脹系數(shù)、平均抗壓強(qiáng)度。

▲配方混凝土基本熱學(xué)性能指標(biāo)

▲抗壓強(qiáng)度隨循環(huán)次數(shù)的變化曲線

李維表示，這其中有一個(gè)特別重要的性能即取熱和儲(chǔ)熱的性能，“我們稱它為單位長(zhǎng)度換熱能力，例如混凝土的平均溫度與管道壁面溫差在10℃的情況下單位換熱性能是多少呢？我們?cè)O(shè)計(jì)是100 W/m，這是由很多密密麻麻的管道組成的整體儲(chǔ)熱能力，經(jīng)過(guò)測(cè)試滿足我們的設(shè)計(jì)要求。這里面是考量了全部的縫隙、膨脹還有運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中一些橫向上的裂縫。”綜合考量之后，結(jié)果如下圖。

▲單根管路儲(chǔ)熱、取熱測(cè)試

應(yīng)用場(chǎng)景及案例分析

應(yīng)用場(chǎng)景一：光熱電站

以兆陽(yáng)張家口15MW光熱發(fā)電項(xiàng)目-720MWh混凝土固體儲(chǔ)熱項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目鏡廠占地約85萬(wàn)平米，鏡面面積38萬(wàn)平米，儲(chǔ)熱介質(zhì)：耐高溫混凝土，儲(chǔ)熱容量720MWh，長(zhǎng)*寬*高：36m*27.5m*28m。

技術(shù)來(lái)源：兆陽(yáng)光熱經(jīng)濟(jì)型高倍菲涅爾式聚光技術(shù)、直接蒸汽發(fā)生技術(shù)（DSG）以及耐熱混凝土儲(chǔ)熱技術(shù)2018年建成項(xiàng)目一期18萬(wàn)平米鏡面以及全容量?jī)?chǔ)熱體，進(jìn)行了一系列性能測(cè)試及試運(yùn)，測(cè)試結(jié)果滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，儲(chǔ)取熱性能滿足設(shè)計(jì)要求。

應(yīng)用場(chǎng)景二：火電站的靈活性改造

李維表示“鍋爐產(chǎn)生的蒸汽全部進(jìn)入汽輪機(jī)，部分蒸汽通過(guò)我們的儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)熱，有一個(gè)模型：7.5MPa的蒸汽，500℃蒸汽進(jìn)行存儲(chǔ)，輸出1.3MPa300℃，年需求量是18萬(wàn)噸的蒸汽，我們整體設(shè)計(jì)的儲(chǔ)熱容量是460MWh，然后大概為1萬(wàn)立方的混凝土，造價(jià)是5400萬(wàn)元左右，單位體積造價(jià)是117元/kWh。”

應(yīng)用場(chǎng)景三：電蓄熱向生產(chǎn)型企業(yè)供蒸汽

假定年需求蒸汽量為30000t，供汽時(shí)長(zhǎng)24h，設(shè)備谷電蓄熱時(shí)長(zhǎng)為8h，蒸汽參數(shù)：0.6MPa飽和蒸汽，根據(jù)以上設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算固體電蓄熱設(shè)備，其主要參數(shù)如下所示：

應(yīng)用場(chǎng)景四：電蓄熱向小區(qū)冬季供暖

據(jù)李維介紹，假設(shè)一個(gè)供暖建筑面積10萬(wàn)㎡，熱負(fù)荷按照35W/㎡計(jì)算，需要容量是56MWh，整體是80m3的混凝土，造價(jià)477萬(wàn)元，單位體積造價(jià)可達(dá)84元/kWh。

公司簡(jiǎn)介

北京兆陽(yáng)光熱技術(shù)有限公司及其關(guān)聯(lián)公司致力于太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)的開發(fā)及推廣。公司的核心團(tuán)隊(duì)由數(shù)名清華學(xué)子組成，秉持行勝于言的理念，經(jīng)過(guò)近20年的研發(fā)歷程，形成了一套原創(chuàng)光熱技術(shù)體系，并具備全產(chǎn)業(yè)鏈完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

北京兆陽(yáng)的類菲涅爾聚光集熱技術(shù)和大規(guī)模儲(chǔ)熱技術(shù)除了整體應(yīng)用于太陽(yáng)能熱發(fā)電外，其組成部分及其衍生產(chǎn)品還可被單獨(dú)應(yīng)用于工業(yè)熱水/蒸汽、火電站靈活性改造、城鎮(zhèn)供熱、海水淡化、農(nóng)業(yè)畜牧業(yè)供熱等領(lǐng)域，清潔、經(jīng)濟(jì)、安全。

北京兆陽(yáng)的全資子公司四川蘇能電力工程設(shè)計(jì)有限公司具備電力行業(yè)新能源發(fā)電、變電工程、送電工程、火力發(fā)電（含核電站常規(guī)島設(shè)計(jì)）和建筑行業(yè)（建筑工程）等工程設(shè)計(jì)資質(zhì)，以及工程勘察、工程測(cè)量、電力工程施工總承包、建筑工程施工總承包等系列資質(zhì)，可從事資質(zhì)證書許可范圍內(nèi)相應(yīng)的建設(shè)工程總承包業(yè)務(wù)。

公司對(duì)外提供全套太陽(yáng)能光熱技術(shù)服務(wù)，承接聚光集熱系統(tǒng)及儲(chǔ)熱系統(tǒng)的研發(fā)、制造、銷售；并提供技術(shù)咨詢、方案解決、光熱電站EPC服務(wù)及升級(jí)改造、調(diào)試運(yùn)維等服務(wù)。