CSPPLAZA光熱發電網報道:以(yi)(yi)陶瓷(ci)粒子為(wei)傳(chuan)儲熱(re)介(jie)質是光熱(re)發電(dian)技術創新(xin)的一大熱(re)點,長期以(yi)(yi)來,以(yi)(yi)德國宇航中心(xin)(DLR)、法國國家科(ke)學研究中心(xin)(CNRS)為(wei)代表的科(ke)研機(ji)構對該技術進行了持續研發。
來自(zi)中國(guo)的(de)(de)北京羲(xi)和(he)(he)圣光新能(neng)源科技有限公司(si)(簡稱(cheng)“北京羲(xi)和(he)(he)”)近年來也將目光聚(ju)焦在此領域,該公司(si)早在2013年便(bian)首次提出采用以直徑0.4~0.6毫(hao)米、三氧(yang)化二鋁與二氧(yang)化硅為主要成分的(de)(de)陶瓷微球作儲熱(re)劑的(de)(de)新一代太陽能(neng)熱(re)發電技術(shu),并自(zi)籌資金(jin)進(jin)行了(le)集熱(re)器的(de)(de)研發,中國(guo)和(he)(he)美國(guo)分別在2016年1月(yue)和(he)(he)2018年7月(yue)批(pi)準上述(shu)技術(shu)的(de)(de)發明專利授權。
此外(wai),北(bei)京羲(xi)和經過研究發(fa)現(xian),除了光熱(re)發(fa)電領域,利(li)用(yong)陶瓷微球儲熱(re)也是電網削峰(feng)填谷、平穩高效(xiao)運(yun)行的一個低成(cheng)本、高效(xiao)率的思路,有著(zhu)非常(chang)大的市場(chang)運(yun)用(yong)空(kong)間。
2018年,在公(gong)司進行陶瓷(ci)微球作儲(chu)熱(re)劑的(de)新一代(dai)太陽(yang)能熱(re)發(fa)電技(ji)術產(chan)業鏈延伸(shen)開發(fa)時,認為陶瓷(ci)微球作為儲(chu)熱(re)劑可用于儲(chu)熱(re)鍋爐(lu)采暖(nuan),光伏發(fa)電和(he)風(feng)力發(fa)電改善發(fa)電質(zhi)量(liang)和(he)大幅減(jian)少(shao)棄風(feng)棄光的(de)資源浪(lang)費,擴大新能源發(fa)電的(de)消納。
經過(guo)進(jin)一步研(yan)究探(tan)索,目前北京羲(xi)和已成功開(kai)發出(chu)一項(xiang)固體儲(chu)熱新技術——移動床陶瓷(ci)微(wei)球儲(chu)熱系(xi)統,該系(xi)統采用(yong)直徑0.4~0.6毫(hao)米的(de)陶瓷(ci)微(wei)球進(jin)行儲(chu)熱,具(ju)備靈活性大、效率高(gao)、設備維護簡(jian)便的(de)優勢,同時單個設備的(de)儲(chu)熱能(neng)力巨大,可(ke)達到上百(bai)兆瓦。同時,儲(chu)熱用(yong)陶瓷(ci)微(wei)球有著卓越的(de)性能(neng)表現,在(zai)高(gao)溫環(huan)境下能(neng)夠維持(chi)良好的(de)強度(du)、耐(nai)磨性和抗熱震性能(neng)等。
表、儲熱陶瓷微球性能要求
據悉,該系統由高(gao)位陶瓷(ci)微球(qiu)罐(guan)、陶瓷(ci)微球(qiu)流(liu)量(liang)調節閥、陶瓷(ci)微球(qiu)電加熱(re)器(qi)、高(gao)溫(wen)(wen)(wen)陶瓷(ci)微球(qiu)儲罐(guan)、高(gao)溫(wen)(wen)(wen)陶瓷(ci)微球(qiu)流(liu)量(liang)調節閥組(zu)、陶瓷(ci)微球(qiu)-水換熱(re)器(qi)、低(di)溫(wen)(wen)(wen)陶瓷(ci)微球(qiu)流(liu)量(liang)調節閥組(zu)、循環水泵、低(di)溫(wen)(wen)(wen)陶瓷(ci)微球(qiu)儲存罐(guan)、低(di)溫(wen)(wen)(wen)陶瓷(ci)微球(qiu)切斷閥、陶瓷(ci)微球(qiu)篩分器(qi)以及(ji)斗(dou)式提(ti)升機各部(bu)分組(zu)成。
圖:電加熱(re)陶瓷微球儲熱(re)系統
在(zai)高(gao)位陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)罐內的(de)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)經陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)流量調節閥(fa)(fa)進(jin)入(ru)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)電(dian)加(jia)(jia)熱(re)器加(jia)(jia)熱(re),經過(guo)2-3秒加(jia)(jia)熱(re)至800℃的(de)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)進(jin)入(ru)高(gao)溫陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)儲罐儲存。通過(guo)高(gao)溫陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)流量調節閥(fa)(fa)組,陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)進(jin)入(ru)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)微(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)-水換熱(re)器,從而將來自循環水泵的(de)水加(jia)(jia)熱(re)到(dao)需要的(de)溫度送給(gei)用戶(hu)。
與水換(huan)熱后溫(wen)度(du)降低至(zhi)約100℃的陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)通過(guo)(guo)低溫(wen)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)流量(liang)調節閥組進入低溫(wen)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)儲罐(guan)。低溫(wen)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)通過(guo)(guo)低溫(wen)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)切斷(duan)閥,經過(guo)(guo)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)篩(shai)分器去除極少量(liang)因磨損破碎的陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)粉(fen)(fen)末后進入斗式提升機,再將(jiang)低溫(wen)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)提升至(zhi)高(gao)位陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)罐(guan)。陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)微(wei)(wei)球(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)粉(fen)(fen)末裝桶回收(shou)。
據北京(jing)羲和方面介紹,該系(xi)統具備以下幾點技(ji)術優(you)勢:
1)陶瓷微(wei)球(qiu)作為支(zhi)撐劑已廣泛的(de)由于石油開(kai)采的(de)壓裂技(ji)術,國內年(nian)產能力達百萬(wan)噸以上,處于產能過剩狀態,其(qi)中的(de)高密(mi)度陶瓷微(wei)球(qiu)可供(gong)應0.3-1.0毫米不(bu)同直徑的(de)產品,價格低、貨源廣。
2)陶瓷微球在1200℃時能(neng)保持良好的流動性,具有良好的強(qiang)度、耐磨和抗熱(re)震(zhen)性能(neng),使用壽命長(chang)。
3)陶瓷(ci)微球的(de)熱(re)容與溫度有(you)關,在(zai)600℃以上(shang)是為(wei)1.2千(qian)(qian)(qian)焦/千(qian)(qian)(qian)克·度,在(zai)600℃以下為(wei)1.15千(qian)(qian)(qian)焦/千(qian)(qian)(qian)克·度,按我(wo)方技術其儲熱(re)溫度差為(wei)800℃-100℃=700℃,陶瓷(ci)微球的(de)堆積(ji)(ji)比重(zhong)為(wei)2,單位體積(ji)(ji)的(de)儲熱(re)能力是水的(de)7-8倍。
4)陶(tao)瓷(ci)微球(qiu)實(shi)現了移動床(chuang)儲熱(re)(re),儲熱(re)(re)和放熱(re)(re)是(shi)在(zai)不同(tong)的設備內進行,與(yu)固定床(chuang)儲熱(re)(re)相比(bi)其靈(ling)活性(xing)大(da)、效率高、設備維護簡便,陶(tao)瓷(ci)微球(qiu)儲熱(re)(re)量(liang)能夠容(rong)易達(da)到采暖的全(quan)天(tian)需求。
5)陶(tao)瓷微(wei)球易(yi)于儲存(cun)(cun),對儲存(cun)(cun)設(she)備的(de)形狀和(he)大(da)(da)小(xiao)沒(mei)有特殊要求,儲熱設(she)備的(de)造(zao)價下降30-50%,單個設(she)備的(de)儲熱能力巨(ju)大(da)(da),可達(da)到上百兆瓦,而(er)且儲熱能力越大(da)(da)效率越高、造(zao)價越低。
為使系統達到(dao)理想(xiang)的(de)(de)工作性能,北京(jing)羲和很早就開(kai)始了加熱器小型熱試(shi)與(yu)關鍵零部件的(de)(de)試(shi)制。
圖:電加熱器的小型冷試和熱試裝置
2013年初至(zhi)2015年8月(yue),公司自(zi)籌資(zi)金進行了陶瓷微球(qiu)作儲熱劑電加(jia)熱器的(de)(de)小型(xing)冷試和熱試,獲得(de)較理想的(de)(de)結(jie)果,取得(de)在1秒的(de)(de)極短(duan)時間內將直徑0.4毫米的(de)(de)陶瓷微球(qiu)加(jia)熱到700℃的(de)(de)測(ce)試結(jie)果。
2016年初(chu)至2018年底,北京羲和研制加熱器的關(guan)鍵部件(jian)陶(tao)瓷螺(luo)旋(xuan)套的成(cheng)(cheng)型模(mo)具(ju)和制造工藝并完成(cheng)(cheng)內(nei)徑220毫(hao)米高400毫(hao)米的陶(tao)瓷螺(luo)旋(xuan)套的試制,為(wei)(wei)制造內(nei)徑為(wei)(wei)800-1000毫(hao)米的商用螺(luo)旋(xuan)套創(chuang)造了有利的條件(jian),解決(jue)了制造工藝和模(mo)具(ju)設計與制造的難題。
圖:試制成功(gong)的(de)內徑(jing)220毫米高400毫米的(de)陶瓷螺旋套
2019年(nian)9月公司采(cai)用新(xin)制成的螺旋套重建陶瓷微球(qiu)(qiu)電加(jia)熱(re)(re)器小型熱(re)(re)試裝置,將(jiang)陶瓷微球(qiu)(qiu)在(zai)電加(jia)熱(re)(re)器內停(ting)留(liu)時間(jian)由1秒(miao)延長(chang)到(dao)3秒(miao),將(jiang)陶瓷微球(qiu)(qiu)的加(jia)熱(re)(re)后溫度由700℃提高(gao)到(dao)850-900℃,進一步提高(gao)了儲熱(re)(re)能(neng)力。
目(mu)前,該(gai)公司正(zheng)計劃對(dui)該(gai)系統進行中試,也歡迎(ying)對(dui)該(gai)技術感興趣的業界企業洽談合作(zuo)。