日前，有外媒報道，除了太陽能和風能，清潔能源公司還在考慮使用熔鹽發(fā)電，美國太陽能儲備公司等在推動熔鹽能像太陽能和風能一樣有效發(fā)電，且24小時不間斷。
熔(Rong)巖(Yan)發(fā)電?乍聽上去會不會有撞見火山噴發(fā)的凌亂感?其實，這次發(fā)電的主角是熔鹽，沒錯，很像你家鹽罐里的那廝。
“這也是一種對太陽能的利用，只是方式方法不同，被稱為‘光熱’發(fā)電。”江蘇豐海新能源工程技術有限公司技術研發(fā)部負責人王福家2月6日接受科技日報記者采訪時，糾正了將它與太陽能發(fā)電割裂開來的說法，“大家對光伏發(fā)電非常熟悉，它是直接把光能通過光伏組件轉換為電能，而光熱發(fā)電需要一個‘媒介’，將光能轉換成熱能儲存起來，再進行發(fā)電。”
傳熱儲熱的“好幫手”
“光伏發(fā)電雖易施工、易維護，但占地面積大、受天氣條件影響大，陰天發(fā)電量很低，夜晚不發(fā)電。”王福家介紹，采用成熟儲熱技術的光熱發(fā)電可實現(xiàn)全天24小時穩(wěn)定持續(xù)供電，相對于風電和光伏不穩(wěn)定不可調的缺陷，光熱發(fā)電對電網(wǎng)更友好，可以說是人類利用太陽能的“好幫手”。
“好幫手”有個學名叫“熔融鹽”，在熔融鹽光熱發(fā)電的過程中，傳熱儲熱的“中介”就是“鹽”。熔融鹽是鹽的熔融態(tài)液體，形成熔融態(tài)的無機鹽，其固態(tài)大部分為離子晶體，在高溫下熔化后形成離子熔體。
有論文表示，太陽能熱發(fā)電被認為是可再生能源發(fā)電中最有前途的發(fā)電方式，而傳熱儲熱技術是太陽能高溫熱發(fā)電的關鍵技術。
“基本原理是把太陽的熱量收集起來，把能量轉入鹽中使其融化，鹽的溫度能達到幾百攝氏度，再通過它傳熱。”王福家說。在整個發(fā)電裝置中，會涉及到3個主要部分，一是太陽能的匯集，二是熔融鹽的存儲，三是能量交換和轉換。
“鹽在集熱管中，不對外接觸，并且在管中不斷流動。”王福家解釋，“太陽能匯集的原理就和小學自然課本上那個聚光的‘鏡面大鍋’有些相似，比如槽式太陽能熱發(fā)電就是利用拋物線形的聚光鏡，將太陽光的熱能聚合到集熱管，使得集熱管中的鹽升溫，直至熔化成液態(tài)。”
高溫的液態(tài)鹽循環(huán)流動，通過熱量交換的循環(huán)將水變成水蒸氣，再用蒸汽推動汽輪機，從而實現(xiàn)發(fā)電。王福家解釋，整個過程中，熔融鹽和水互不相見，都是可以循環(huán)利用的。
配比是難點，選鹽需謹慎
這個叫“鹽”的媒介并不一定是食鹽(氯化鈉)，而是各種無機鹽，例如氯化鉀、硝酸鉀等。可以是同一類熔融鹽按照一定比例混合，也可以是不同種類的熔融鹽按照一定的配方混合，形成多種新型混合共晶熔融鹽。
我國2016年8月20日并網(wǎng)發(fā)電的中控德令哈10MW熔融鹽塔式電站以二元硝酸鹽作為吸熱、儲熱介質，它是我國首個投入運行的以熔融鹽為傳熱和儲熱介質的塔式項目，也是繼西班牙Gemasolar、美國Crescent Dunes之后全球第三座商業(yè)化運行的熔融鹽塔式電站。
“熔融鹽類的配比是個難點，要通過不同組分的不同比例找到一個合適的熔點，尋找性能優(yōu)越的混合熔融鹽已成為熔融鹽傳熱蓄熱研究的主要方向之一。”王福家說。這些混合熔融鹽可以根據(jù)成分配比的不同，得到各種熔點和使用溫區(qū)，能夠避免硝酸鹽使用溫度低(如硝酸鈉在308℃熔化)，氯化鹽(氯化鈉在801℃熔化)熔點溫度高等缺點，同時保留熔融鹽熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性等優(yōu)點。
據(jù)一篇發(fā)表在《太陽能學報》的學術論文顯示，相關研究通過不同配比、不同配制方法得到系列二元混合硝酸鹽樣品，并得到不同混合熔鹽的差式掃描量熱曲線，通過對配制的熔鹽進行反復多次熔化和加熱，研究其穩(wěn)定性。從而確定二元混合硝酸鹽中不同成分如何配比更適合實際應用。
大規(guī)模推廣，還要邁過多個坎
雖然熔融鹽發(fā)電技術已經在不多的發(fā)電站中持續(xù)供電，但這一技術仍待不斷完善。吸熱器預熱時光斑不均勻，熔化不均會使得進鹽過程中堵管……此前接受采訪時，相關電站負責人坦言維護的艱難，訴說出的“痛點”主要集中于熔融鹽的流動性等物理化學性質上。
此外，儲能罐的材質如何實現(xiàn)高效儲能也是降低發(fā)電成本的關鍵。“尋找到能夠提高熱量利用率，并能增加儲熱能力的設備也是光熱設備產業(yè)化的關鍵。”王福家說，能源利用率的提高，無論對再生能源還是對化石能源，都是產業(yè)化中的一個永恒話題。
浙江中控太陽能技術有限公司董事長金建祥在此前接受采訪時表示，中控德令哈10MW熔融鹽塔式電站在運行過程中，遇到了兩個關鍵問題：一是吸熱器預熱時光斑不均勻，熔化不均會使得進鹽過程中堵塞管道。二是低溫大風天氣造成吸熱器在進鹽過程中的堵管現(xiàn)象。這表明，熔融鹽的流動性等物理化學性質，仍是該技術實現(xiàn)產業(yè)化的關鍵障礙。
可見，從理論到產業(yè)如何走得順暢，仍然是需要科學探索的問題。此前科學家們已經解決了儲能和經濟型難題，例如，在塔式的熔融鹽發(fā)電場上，利用大規(guī)模定日鏡場收集太陽能，將熔融鹽加熱并進行儲存，再根據(jù)電網(wǎng)的調度指令，由于帶有儲能系統(tǒng)，可以實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、可調度的電力輸出。光熱發(fā)電產業(yè)鏈也基本不會出現(xiàn)光伏電池板生產過程中的高耗能、高污染等問題，而且它的發(fā)展對我國目前產能過剩的玻璃和鋼鐵產業(yè)有極強的帶動作用，王福家認為，光熱產業(yè)發(fā)展的經濟貢獻值將高于光伏。
“除了熔融鹽之外，人們還通過導熱油作為介質利用太陽能，”王福家介紹，利用光熱是江蘇豐海新能源工程技術有限公司進行海水淡化的方式之一。“也是通過拋物線形的聚光鏡將太陽能聚到集熱管中，管中流動的是導熱油，而不是熔融鹽，通過熱油將海水蒸發(fā)冷凝后實現(xiàn)淡化。”
無論采取哪種介質，它們都要有“海綿”的特性，能將太陽能吸收到“體內”，并在需要的時候釋放出來，通過自己的“吸吐”，實現(xiàn)太陽能的“時空旅行”。
