CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報道：以陶瓷粒子為傳儲熱介質是光熱發(fā)電技術創(chuàng)新的一大熱點，長期以來，以德國宇航中心（DLR）、法國國家科學研究中心（CNRS）為代表的科研機構對該技術進行了持續(xù)研發(fā)。

來自中國的北京羲和圣光新能源科技有限公司（簡稱“北京羲和”）近年來也將目光聚焦在此領域，該公司早在2013年便首次提出采用以直徑0.4~0.6毫米、三氧化二鋁與二氧化硅為主要成分的陶瓷微球作儲熱劑的新一代太陽能熱發(fā)電技術，并自籌資金進行了集熱器的研發(fā)，中國和美國分別在2016年1月和2018年7月批準上述技術的發(fā)明專利授權。

此外，北京羲和經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，除了光熱發(fā)電領域，利用陶瓷微球儲熱也是電網(wǎng)削峰填谷、平穩(wěn)高效運行的一個低成本、高效率的思路，有著非常大的市場運用空間。

2018年，在公司進行陶瓷微球作儲熱劑的新一代太陽能熱發(fā)電技術產(chǎn)業(yè)鏈延伸開發(fā)時，認為陶瓷微球作為儲熱劑可用于儲熱鍋爐采暖，光伏發(fā)電和風力發(fā)電改善發(fā)電質量和大幅減少棄風棄光的資源浪費，擴大新能源發(fā)電的消納。

經(jīng)過進一步研究探索，目前北京羲和已成功開發(fā)出一項固體儲熱新技術——移動床陶瓷微球儲熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用直徑0.4~0.6毫米的陶瓷微球進行儲熱，具備靈活性大、效率高、設備維護簡便的優(yōu)勢，同時單個設備的儲熱能力巨大，可達到上百兆瓦。同時，儲熱用陶瓷微球有著卓越的性能表現(xiàn)，在高溫環(huán)境下能夠維持良好的強度、耐磨性和抗熱震性能等。

表、儲熱陶瓷微球性能要求

據(jù)悉，該系統(tǒng)由高位陶瓷微球罐、陶瓷微球流量調(diào)節(jié)閥、陶瓷微球電加熱器、高溫陶瓷微球儲罐、高溫陶瓷微球流量調(diào)節(jié)閥組、陶瓷微球-水換熱器、低溫陶瓷微球流量調(diào)節(jié)閥組、循環(huán)水泵、低溫陶瓷微球儲存罐、低溫陶瓷微球切斷閥、陶瓷微球篩分器以及斗式提升機各部分組成。

圖：電加熱陶瓷微球儲熱系統(tǒng)

在高位陶瓷微球罐內(nèi)的陶瓷微球經(jīng)陶瓷微球流量調(diào)節(jié)閥進入陶瓷微球電加熱器加熱，經(jīng)過2-3秒加熱至800℃的陶瓷微球進入高溫陶瓷微球儲罐儲存。通過高溫陶瓷微球流量調(diào)節(jié)閥組，陶瓷微球進入陶瓷微球-水換熱器，從而將來自循環(huán)水泵的水加熱到需要的溫度送給用戶。

與水換熱后溫度降低至約100℃的陶瓷微球通過低溫陶瓷微球流量調(diào)節(jié)閥組進入低溫陶瓷微球儲罐。低溫陶瓷微球通過低溫陶瓷微球切斷閥，經(jīng)過陶瓷微球篩分器去除極少量因磨損破碎的陶瓷微球粉末后進入斗式提升機，再將低溫陶瓷微球提升至高位陶瓷微球罐。陶瓷微球粉末裝桶回收。

據(jù)北京羲和方面介紹，該系統(tǒng)具備以下幾點技術優(yōu)勢：

1）陶瓷微球作為支撐劑已廣泛的由于石油開采的壓裂技術，國內(nèi)年產(chǎn)能力達百萬噸以上，處于產(chǎn)能過剩狀態(tài)，其中的高密度陶瓷微球可供應0.3-1.0毫米不同直徑的產(chǎn)品，價格低、貨源廣。

2）陶瓷微球在1200℃時能保持良好的流動性，具有良好的強度、耐磨和抗熱震性能，使用壽命長。

3）陶瓷微球的熱容與溫度有關，在600℃以上是為1.2千焦/千克·度，在600℃以下為1.15千焦/千克·度，按我方技術其儲熱溫度差為800℃-100℃=700℃，陶瓷微球的堆積比重為2，單位體積的儲熱能力是水的7-8倍。

4）陶瓷微球實現(xiàn)了移動床儲熱，儲熱和放熱是在不同的設備內(nèi)進行，與固定床儲熱相比其靈活性大、效率高、設備維護簡便，陶瓷微球儲熱量能夠容易達到采暖的全天需求。

5）陶瓷微球易于儲存，對儲存設備的形狀和大小沒有特殊要求，儲熱設備的造價下降30-50%，單個設備的儲熱能力巨大，可達到上百兆瓦，而且儲熱能力越大效率越高、造價越低。

為使系統(tǒng)達到理想的工作性能，北京羲和很早就開始了加熱器小型熱試與關鍵零部件的試制。

圖：電加熱器的小型冷試和熱試裝置

2013年初至2015年8月，公司自籌資金進行了陶瓷微球作儲熱劑電加熱器的小型冷試和熱試，獲得較理想的結果，取得在1秒的極短時間內(nèi)將直徑0.4毫米的陶瓷微球加熱到700℃的測試結果。

2016年初至2018年底，北京羲和研制加熱器的關鍵部件陶瓷螺旋套的成型模具和制造工藝并完成內(nèi)徑220毫米高400毫米的陶瓷螺旋套的試制，為制造內(nèi)徑為800-1000毫米的商用螺旋套創(chuàng)造了有利的條件，解決了制造工藝和模具設計與制造的難題。

圖：試制成功的內(nèi)徑220毫米高400毫米的陶瓷螺旋套

2019年9月公司采用新制成的螺旋套重建陶瓷微球電加熱器小型熱試裝置，將陶瓷微球在電加熱器內(nèi)停留時間由1秒延長到3秒，將陶瓷微球的加熱后溫度由700℃提高到850-900℃，進一步提高了儲熱能力。

目前，該公司正計劃對該系統(tǒng)進行中試，也歡迎對該技術感興趣的業(yè)界企業(yè)洽談合作。