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在10月25日于浙江?湖州召開的2024第五屆中國儲熱大會上，北京兆陽光熱技術有限公司經理王芳出席會議并作《兆陽低成本長時儲熱系統指標及應用》的主題演講。

圖：王芳

以下為演講內容。

各位領導、嘉賓，大(da)家下午(wu)好，我來自北京兆陽光熱技術有限公司，今天的報(bao)告題目(mu)是《兆陽低成本長時儲(chu)熱系統指標及(ji)應(ying)用(yong)》。報(bao)告主要分為四部分：

一、公司簡介

公司介紹

北京(jing)兆陽(yang)光(guang)熱技術有限公司(si)(si)及其(qi)關(guan)聯公司(si)(si)，致力于太陽(yang)能光(guang)熱利(li)用技術的開發及推廣。核心團隊由數名清華學子組(zu)成，秉持(chi)行勝于言的理念，經過近20年的研發歷程，形成了(le)一套(tao)原創光(guang)熱技術體系，具備全產業(ye)鏈(lian)完整自主知識產權(quan)。

類菲涅爾聚(ju)光集熱(re)(re)(re)(re)技術和大規模儲熱(re)(re)(re)(re)技術，除(chu)了整體應用于太(tai)陽能(neng)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)電(dian)外，其(qi)組成部分及其(qi)衍(yan)生產品還(huan)可被單(dan)獨應用于工業(ye)熱(re)(re)(re)(re)水/蒸汽、火(huo)電(dian)站靈活性改造、城鎮供(gong)熱(re)(re)(re)(re)、海水淡化、農業(ye)畜(chu)牧業(ye)供(gong)熱(re)(re)(re)(re)等(deng)領(ling)域，清(qing)潔、經濟、安全。

公司簡介

北京兆(zhao)陽的全資(zi)子公司四川蘇(su)能電(dian)(dian)(dian)力工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)設(she)計(ji)有限公司具備電(dian)(dian)(dian)力行業新能源發(fa)電(dian)(dian)(dian)、變(bian)電(dian)(dian)(dian)工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)、送電(dian)(dian)(dian)工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)、火力發(fa)電(dian)(dian)(dian)（含核電(dian)(dian)(dian)站常規島(dao)設(she)計(ji)）和建(jian)(jian)筑行業（建(jian)(jian)筑工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)）等工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)設(she)計(ji)資(zi)質，以及工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)勘(kan)察、工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)測量(liang)、電(dian)(dian)(dian)力工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)施(shi)工(gong)總(zong)承(cheng)包(bao)、建(jian)(jian)筑工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)施(shi)工(gong)總(zong)承(cheng)包(bao)等系列資(zi)質，可(ke)從事(shi)資(zi)質證書許可(ke)范圍內(nei)相應(ying)的建(jian)(jian)設(she)工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)總(zong)承(cheng)包(bao)業務。

公司對外提供全套太陽能光熱和混凝土儲熱技(ji)術服務，承接聚光集熱系統及儲熱系統的研發、制造、銷售；并提供技(ji)術咨詢、清潔能源供熱項目(mu)EPC、調試(shi)運維等服務。

資質及榮譽

下(xia)面(mian)介(jie)紹一下(xia)我司的(de)(de)(de)資質(zhi)以(yi)及榮譽，截至目(mu)(mu)前，公司授權(quan)的(de)(de)(de)發明專(zhuan)(zhuan)利(li)(li)42項(xiang)(xiang)，實用新型專(zhuan)(zhuan)利(li)(li)147項(xiang)(xiang)，其他國(guo)家(jia)(jia)專(zhuan)(zhuan)利(li)(li)授權(quan)18項(xiang)(xiang)；主(zhu)編(bian)一項(xiang)(xiang)國(guo)家(jia)(jia)標(biao)準(zhun)《菲涅耳式太陽(yang)能光熱發電站技(ji)術(shu)標(biao)準(zhun)》，參編(bian)四項(xiang)(xiang)國(guo)家(jia)(jia)標(biao)準(zhun)；是國(guo)家(jia)(jia)高新、市高新企(qi)業、知識產權(quan)示范(fan)單位；獲得的(de)(de)(de)榮譽與課(ke)題有：格爾(er)木供熱項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)獲得世界銀行的(de)(de)(de)資金(jin)(jin)支持、核心(xin)專(zhuan)(zhuan)利(li)(li)獲得2022年電力科技(ji)成果(guo)金(jin)(jin)蘋果(guo)獎、聚光集熱技(ji)術(shu)和(he)固體儲熱技(ji)術(shu)獲全球(qiu)綠色(se)低(di)碳領(ling)域藍(lan)天獎、2022年中央引(yin)導地(di)方(fang)科技(ji)發展專(zhuan)(zhuan)項(xiang)(xiang)課(ke)題。

合作經營模式

公司(si)對外經營模式一共有4個方面，首先(xian)是清(qing)潔能源項目(mu)的(de)整體方案設計，其次為核心產品的(de)批(pi)量制造，例如聚(ju)(ju)光(guang)反射鏡、聚(ju)(ju)光(guang)反射鏡支架、聚(ju)(ju)光(guang)集熱的(de)集熱器以及混凝土固體儲熱產品，另外提供以上產品的(de)施工安(an)裝服(fu)(fu)務，最后是項目(mu)后期調試運(yun)維(wei)，以及調試運(yun)維(wei)的(de)培(pei)訓和(he)服(fu)(fu)務。

二、儲熱系統技術指標

兆陽固體儲熱技術特點

兆陽固體儲熱(re)技術具(ju)備(bei)以(yi)下9個特(te)點優(you)勢(shi)：

1、蓄熱(re)(re)介質安全(quan)經(jing)濟：選用耐高溫(wen)混凝土作為蓄熱(re)(re)介質，蓄熱(re)(re)溫(wen)度(du)高達500℃，無(wu)燃燒、爆(bao)炸、腐蝕、凍堵風險(xian)，經(jing)濟安全(quan)。

2、裝機規模(mo)相對較大(da)：可(ke)實現大(da)規模(mo)（GW級）長時(shi)(shi)（24-48小時(shi)(shi)乃至(zhi)更長）儲熱。

3、使用(yong)壽命(ming)長：使用(yong)壽命(ming)在25年左右，充放熱次數不受限制。

4、建設周期短：兆陽(yang)固體(ti)儲(chu)熱(re)可模塊(kuai)化生(sheng)產(chan)，現場拼裝焊接，大(da)規模的長時儲(chu)熱(re)設備建設周期在1年內。

5、運行安全(quan)性(xing)高(gao)：儲熱(re)和取熱(re)的全(quan)過程(cheng)均為純物理(li)變化，安全(quan)性(xing)高(gao)，無燃燒、爆炸(zha)、腐蝕(shi)、凍(dong)堵(du)、泄露等風險。

6、響應速度快：升(sheng)、降負荷(he)可自由(you)調節。

7、環(huan)境友好：混(hun)凝(ning)土(tu)儲(chu)熱系(xi)統的制造和(he)運行對環(huan)境不產(chan)生任何(he)污染。

8、全(quan)天(tian)候(hou)熱力(li)供應保障(zhang)能力(li)強：可實現全(quan)天(tian)24小時穩(wen)定(ding)熱力(li)輸出(chu)，保障(zhang)用戶或電站的(de)穩(wen)定(ding)用熱需求。

9、經濟性優(you)：在相(xiang)同的儲(chu)(chu)熱(re)參數(shu)條件下，與熔鹽儲(chu)(chu)熱(re)、耐火磚儲(chu)(chu)熱(re)比(bi)較，經濟性更為顯著(zhu)。

原料樸素，來源廣泛成本低

下面我說一下為什么混(hun)凝土(tu)儲(chu)熱經濟性比(bi)較顯(xian)著？

由于選用的(de)(de)(de)原材(cai)料的(de)(de)(de)來源比較廣泛，主要原料是(shi)一些普通的(de)(de)(de)建筑材(cai)料，水(shui)泥、沙(sha)子、石子，另外(wai)還有兆(zhao)陽專有配方耐高溫添加(jia)劑，以上(shang)是(shi)蓄(xu)熱(re)(re)介(jie)質的(de)(de)(de)材(cai)料；其他的(de)(de)(de)換(huan)熱(re)(re)裝(zhuang)置(zhi)均(jun)采用常規熱(re)(re)力(li)系(xi)統的(de)(de)(de)水(shui)泵(beng)、鋼管，以及常規熱(re)(re)力(li)閥門、儀表，具備(bei)國家(jia)標準以及行業標準的(de)(de)(de)有力(li)支撐。

儲熱裝備形態

針對不(bu)同的(de)應用(yong)場景，儲熱裝備形(xing)式分(fen)為以下三種：

1、集裝箱一體化設備

第(di)一種(zhong)是相對小(xiao)型的裝(zhuang)置(zhi)，采用集(ji)裝(zhuang)箱式模式，蓄熱介質、儲(chu)換(huan)熱管道、保溫等結構均匹配在(zai)集(ji)裝(zhuang)箱內，交付給(gei)客戶的就是一個(ge)撬(qiao)裝(zhuang)式集(ji)裝(zhuang)箱，如(ru)上圖所示。

2、模塊化預制

采用模(mo)(mo)塊預制化的(de)(de)方式，在工廠進行(xing)模(mo)(mo)塊的(de)(de)預制，運輸到(dao)項(xiang)目現場，進行(xing)模(mo)(mo)塊的(de)(de)吊(diao)裝就位，然后外部管道連接，最后進行(xing)保溫，以及外殼安裝，具體流程如下圖所示。

3、現場澆筑

像光熱電站(zhan)和火電站(zhan)靈活性(xing)改造項目，規模在幾十兆(zhao)瓦、百(bai)兆(zhao)瓦以上的采用(yong)現場(chang)澆(jiao)(jiao)(jiao)鑄方式。現場(chang)澆(jiao)(jiao)(jiao)筑施工過(guo)程(cheng)如下圖所示，首先將翅(chi)片(pian)管(guan)(guan)進(jin)行(xing)加工、逐(zhu)層碼放，之后逐(zhu)層澆(jiao)(jiao)(jiao)筑，最后進(jin)行(xing)外部的管(guan)(guan)道連管(guan)(guan)、保溫以及外殼的安裝。

圖：現場(chang)澆筑(zhu)施工過程

儲熱混凝土熱性能測試

由(you)第三方機構(gou)使用進(jin)口高品質(zhi)熱物性測試儀器對儲熱混凝(ning)土進(jin)行了專業(ye)測試，結果(guo)表明：兆陽專利(li)配方儲熱混凝(ning)土在常溫下綜(zong)合導(dao)熱系數(shu)＞2.2W/（m.K），350℃下的(de)綜(zong)合導(dao)熱系數(shu)＞1.6W/（m.K），導(dao)熱性能(neng)優(you)良。

圖：儲(chu)熱混(hun)凝土導熱系數(shu)測(ce)試結(jie)果(guo)

熱學、力學性能指標檢測結果

另(ling)外，配方混凝土(tu)熱學性(xing)能指標檢測結果(guo)表明：當(dang)溫度(du)為300、400和(he)500℃時，其(qi)對應的比熱容值分別是1.028、1.040、1.10kJ/(kg·K)；當(dang)溫度(du)為250、300和(he)450℃時，其(qi)對應的導熱系(xi)數分別為1.713、1.615、1.327W/(m·K)；密度(du)是2022Kg/立方米，平均抗壓強度(du)30MPa以(yi)上。

上(shang)圖是(shi)抗壓強度隨循環次(ci)數的變化曲(qu)線，循環超過15次(ci)左右，抗壓強度穩定在35MPa的水(shui)平。

我們針對(dui)實體(ti)的(de)固體(ti)混凝土蓄熱(re)(re)裝置單(dan)根管(guan)路取熱(re)(re)性能進行了(le)測(ce)試，當設(she)計的(de)理論溫差(cha)為(wei)10℃時，蒸發段換(huan)熱(re)(re)系數的(de)單(dan)位(wei)長度理論設(she)計取熱(re)(re)功(gong)(gong)(gong)率(lv)為(wei)100W/m；實測(ce)當量蒸發段換(huan)熱(re)(re)溫差(cha)10℃下，取熱(re)(re)功(gong)(gong)(gong)率(lv)為(wei)98.76W/m，測(ce)試得(de)到的(de)取熱(re)(re)功(gong)(gong)(gong)率(lv)與設(she)計取熱(re)(re)功(gong)(gong)(gong)率(lv)偏差(cha)小于2%。

綜上可以驗證(zheng)：混(hun)凝土(tu)儲熱系統從(cong)工藝、性能(neng)(neng)和造價各方(fang)面均達到設計目標(biao)，能(neng)(neng)夠完全滿足(zu)熱用(yong)戶對(dui)儲取(qu)熱的性能(neng)(neng)要求(qiu)。

運維費用低

主要體現(xian)在以(yi)下三個方面：

1、類似常規熱力設備，電費低

管(guan)道、閥門、儀表(biao)等均采用(yong)(yong)常(chang)規熱力設備，檢修和更(geng)換費用(yong)(yong)低；

蓄熱介質(zhi)為混凝(ning)土，無需(xu)防凝(ning)，運維電(dian)費低(di)。

2、運維人員數量少

系統簡單(dan)，常規(gui)熱力站(zhan)運維人員數量即(ji)可滿(man)足運維要(yao)求。

3、人員能力要求不高

蓄(xu)熱(re)(re)介質安全、可靠(kao)，無泄(xie)漏、凝固等隱患，常規熱(re)(re)力站運維人(ren)員水平(ping)即可滿足要求。

三、應用場景

固體儲(chu)熱系統可以對熱力(li)、電力(li)進行(xing)儲(chu)存，輸出蒸(zheng)汽(qi)/油/熱水/其(qi)他，具體以客戶需求為準。應用領域也十(shi)分廣泛，包括(kuo)：發電、工業(ye)蒸(zheng)汽(qi)、酒店/醫院(yuan)等供消毒用蒸(zheng)汽(qi)、商(shang)業(ye)樓宇/酒店供暖/工業(ye)熱水、小區冬季供暖等。

蒸汽蓄熱運行(xing)原理如下圖所示(shi)，可以(yi)根據客戶需求(qiu)進行(xing)調整，例(li)如，儲(chu)存的(de)熱源是導(dao)熱油(you)，供應的(de)也是導(dao)熱油(you)。

熱(re)源來(lai)源比較廣泛，可以是聚光集熱(re)系統，也可以是熱(re)力電廠(chang)的余熱(re)，例(li)如煤電廠(chang)或生物質電廠(chang)等。在此(ci)以蒸汽為例(li)進行工藝流(liu)程的說明。

蓄熱(re)時，高(gao)溫蒸汽(qi)(qi)從(cong)(cong)固體(ti)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)蓄熱(re)系統(tong)的(de)(de)頂端進入混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)儲(chu)(chu)熱(re)塊的(de)(de)管(guan)束(shu)(shu)內，高(gao)溫蒸汽(qi)(qi)在管(guan)束(shu)(shu)里流(liu)動(dong)過(guo)(guo)程中逐(zhu)步將熱(re)量釋放給(gei)配方混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)，使其溫度逐(zhu)漸升(sheng)高(gao)，當蒸汽(qi)(qi)流(liu)動(dong)至固體(ti)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)底部(bu)(bu)時，其溫度下降，重新回到熱(re)力系統(tong)循環(huan)；取熱(re)時，水泵(beng)將水從(cong)(cong)固體(ti)混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)底部(bu)(bu)泵(beng)入，流(liu)經混(hun)(hun)(hun)凝(ning)土(tu)(tu)儲(chu)(chu)熱(re)體(ti)的(de)(de)管(guan)束(shu)(shu)過(guo)(guo)程中逐(zhu)漸升(sheng)溫蒸發，達到預設的(de)(de)參數后(hou)最終供應給(gei)用(yong)戶。

在(zai)(zai)蒸汽蓄熱(re)的(de)過程中，不管(guan)蓄熱(re)還是(shi)取熱(re)，采用的(de)管(guan)道是(shi)同一(yi)套。上圖所示(shi)有6個儲熱(re)模(mo)塊(kuai)(kuai)，根據閥(fa)門的(de)開關狀態可以看出，左側(ce)(ce)的(de)4個儲熱(re)模(mo)塊(kuai)(kuai)在(zai)(zai)進行(xing)熱(re)量(liang)的(de)存儲，右側(ce)(ce)2個儲熱(re)模(mo)塊(kuai)(kuai)在(zai)(zai)進行(xing)熱(re)量(liang)的(de)取出。如此(ci)，儲熱(re)模(mo)塊(kuai)(kuai)通過一(yi)套管(guan)束就具備(bei)實現儲熱(re)和(he)取熱(re)的(de)能(neng)力，因此(ci)一(yi)般情(qing)況下，儲熱(re)和(he)取熱(re)介質是(shi)相同的(de)。

電(dian)(dian)(dian)(dian)蓄熱混凝土儲熱體的(de)(de)運行原(yuan)理(li)與蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)類似(si)，唯一不同的(de)(de)是輸入谷電(dian)(dian)(dian)(dian)/棄(qi)電(dian)(dian)(dian)(dian)。光(guang)伏和(he)風電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)棄(qi)電(dian)(dian)(dian)(dian)逐(zhu)年增加(jia)，可以(yi)(yi)利用這些(xie)低價電(dian)(dian)(dian)(dian)力進(jin)行存儲，通過電(dian)(dian)(dian)(dian)加(jia)熱器(qi)件將配方(fang)混凝土進(jin)行加(jia)熱，用戶有熱量需求時進(jin)行取熱，可以(yi)(yi)根據(ju)客(ke)戶的(de)(de)需求取出導熱油、蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)或熱水供給用戶使(shi)用。儲熱模塊的(de)(de)取熱過程(cheng)和(he)前述蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)取熱過程(cheng)一致。

圖：電蓄熱運行原理

四、應用實例：光熱電站720MWh固體儲熱

我們公司在兆陽張家口15MW光熱發電項目建設了720MWh的混(hun)凝(ning)土固(gu)體(ti)(ti)儲熱體(ti)(ti)。

項(xiang)目(mu)鏡場(chang)(chang)占地約85萬㎡，鏡面(mian)面(mian)積(ji)38萬㎡，儲熱(re)介質為耐高(gao)(gao)溫混(hun)凝土，傳熱(re)流體為水/蒸(zheng)汽(qi)。項(xiang)目(mu)采用(yong)兆陽光熱(re)經濟型(xing)高(gao)(gao)倍菲涅爾式聚光技術(shu)(shu)、直接蒸(zheng)汽(qi)發生技術(shu)(shu)（DSG）以及耐熱(re)混(hun)凝土儲熱(re)技術(shu)(shu)，聚光集熱(re)鏡場(chang)(chang)直接輸出高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)壓蒸(zheng)汽(qi)。

該(gai)項目(mu)設計(ji)的蒸汽參(can)數(shu)是12.5MPa，450℃，以這樣的蒸汽參(can)數(shu)進入固體(ti)(ti)儲(chu)(chu)熱里面，進行熱量(liang)的存儲(chu)(chu)，取出的蒸汽參(can)數(shu)是10MPa，380℃，固體(ti)(ti)儲(chu)(chu)熱容量(liang)是720MWh，外部尺寸是36m×28m×28m，相當于一個建(jian)筑樓房。

圖：單座儲熱塔夜間大功率取熱測試

以上是聚光集熱系統(tong)白(bai)天存儲(chu)蒸汽后(hou)，在夜(ye)間(jian)進行(xing)取熱性(xing)能(neng)的(de)測(ce)試(shi)。如上圖所(suo)示，出口蒸汽溫度和壓(ya)力(li)非常穩定，總取熱功率高達25MW。