在10月25日于浙江?湖州召開(kāi)的2024第五屆中國(guó)儲(chǔ)熱大會(huì)上，北京兆陽(yáng)光熱技術(shù)有限公司經(jīng)理王芳出席會(huì)議并作《兆陽(yáng)低成本長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)熱系統(tǒng)指標(biāo)及應(yīng)用》的主題演講。

圖：王芳

以下為演講內(nèi)容。

各位領(lǐng)導(dǎo)、嘉賓，大家下午好，我來(lái)自北京兆陽(yáng)光熱技術(shù)有限公司，今天的報(bào)告題目是《兆陽(yáng)低成本長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)熱系統(tǒng)指標(biāo)及應(yīng)用》。報(bào)告主要分為四部分：

一、公司簡(jiǎn)介

公司介紹

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(kāi)發(fā)及推廣。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，具備全產(chǎn)業(yè)鏈完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

類(lèi)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。

公司簡(jiǎn)介

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(shū)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)能光熱和混凝土儲(chǔ)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(xiāo)售；并提供技術(shù)咨詢(xún)、清潔能源供熱項(xiàng)目EPC、調(diào)試運(yùn)維等服務(wù)。

資質(zhì)及榮譽(yù)

下面介紹一下我司的資質(zhì)以及榮譽(yù)，截至目前，公司授權(quán)的發(fā)明專(zhuān)利42項(xiàng)，實(shí)用新型專(zhuān)利147項(xiàng)，其他國(guó)家專(zhuān)利授權(quán)18項(xiàng)；主編一項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《菲涅耳式太陽(yáng)能光熱發(fā)電站技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，參編四項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；是國(guó)家高新、市高新企業(yè)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)示范單位；獲得的榮譽(yù)與課題有：格爾木供熱項(xiàng)目獲得世界銀行的資金支持、核心專(zhuān)利獲得2022年電力科技成果金蘋(píng)果獎(jiǎng)、聚光集熱技術(shù)和固體儲(chǔ)熱技術(shù)獲全球綠色低碳領(lǐng)域藍(lán)天獎(jiǎng)、2022年中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)課題。

合作經(jīng)營(yíng)模式

公司對(duì)外經(jīng)營(yíng)模式一共有4個(gè)方面，首先是清潔能源項(xiàng)目的整體方案設(shè)計(jì)，其次為核心產(chǎn)品的批量制造，例如聚光反射鏡、聚光反射鏡支架、聚光集熱的集熱器以及混凝土固體儲(chǔ)熱產(chǎn)品，另外提供以上產(chǎn)品的施工安裝服務(wù)，最后是項(xiàng)目后期調(diào)試運(yùn)維，以及調(diào)試運(yùn)維的培訓(xùn)和服務(wù)。

二、儲(chǔ)熱系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

兆陽(yáng)固體儲(chǔ)熱技術(shù)特點(diǎn)

兆陽(yáng)固體儲(chǔ)熱技術(shù)具備以下9個(gè)特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1、蓄熱介質(zhì)安全經(jīng)濟(jì)：選用耐高溫混凝土作為蓄熱介質(zhì)，蓄熱溫度高達(dá)500℃，無(wú)燃燒、爆炸、腐蝕、凍堵風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)濟(jì)安全。

2、裝機(jī)規(guī)模相對(duì)較大：可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模（GW級(jí)）長(zhǎng)時(shí)（24-48小時(shí)乃至更長(zhǎng)）儲(chǔ)熱。

3、使用壽命長(zhǎng)：使用壽命在25年左右，充放熱次數(shù)不受限制。

4、建設(shè)周期短：兆陽(yáng)固體儲(chǔ)熱可模塊化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接，大規(guī)模的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)熱設(shè)備建設(shè)周期在1年內(nèi)。

5、運(yùn)行安全性高：儲(chǔ)熱和取熱的全過(guò)程均為純物理變化，安全性高，無(wú)燃燒、爆炸、腐蝕、凍堵、泄露等風(fēng)險(xiǎn)。

6、響應(yīng)速度快：升、降負(fù)荷可自由調(diào)節(jié)。

7、環(huán)境友好：混凝土儲(chǔ)熱系統(tǒng)的制造和運(yùn)行對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生任何污染。

8、全天候熱力供應(yīng)保障能力強(qiáng)：可實(shí)現(xiàn)全天24小時(shí)穩(wěn)定熱力輸出，保障用戶或電站的穩(wěn)定用熱需求。

9、經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)：在相同的儲(chǔ)熱參數(shù)條件下，與熔鹽儲(chǔ)熱、耐火磚儲(chǔ)熱比較，經(jīng)濟(jì)性更為顯著。

原料樸素，來(lái)源廣泛成本低

下面我說(shuō)一下為什么混凝土儲(chǔ)熱經(jīng)濟(jì)性比較顯著？

由于選用的原材料的來(lái)源比較廣泛，主要原料是一些普通的建筑材料，水泥、沙子、石子，另外還有兆陽(yáng)專(zhuān)有配方耐高溫添加劑，以上是蓄熱介質(zhì)的材料；其他的換熱裝置均采用常規(guī)熱力系統(tǒng)的水泵、鋼管，以及常規(guī)熱力閥門(mén)、儀表，具備國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有力支撐。

儲(chǔ)熱裝備形態(tài)

針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，儲(chǔ)熱裝備形式分為以下三種：

1、集裝箱一體化設(shè)備

第一種是相對(duì)小型的裝置，采用集裝箱式模式，蓄熱介質(zhì)、儲(chǔ)換熱管道、保溫等結(jié)構(gòu)均匹配在集裝箱內(nèi)，交付給客戶的就是一個(gè)撬裝式集裝箱，如上圖所示。

2、模塊化預(yù)制

采用模塊預(yù)制化的方式，在工廠進(jìn)行模塊的預(yù)制，運(yùn)輸?shù)巾?xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行模塊的吊裝就位，然后外部管道連接，最后進(jìn)行保溫，以及外殼安裝，具體流程如下圖所示。

3、現(xiàn)場(chǎng)澆筑

像光熱電站和火電站靈活性改造項(xiàng)目，規(guī)模在幾十兆瓦、百兆瓦以上的采用現(xiàn)場(chǎng)澆鑄方式?，F(xiàn)場(chǎng)澆筑施工過(guò)程如下圖所示，首先將翅片管進(jìn)行加工、逐層碼放，之后逐層澆筑，最后進(jìn)行外部的管道連管、保溫以及外殼的安裝。

圖：現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工過(guò)程

儲(chǔ)熱混凝土熱性能測(cè)試

由第三方機(jī)構(gòu)使用進(jìn)口高品質(zhì)熱物性測(cè)試儀器對(duì)儲(chǔ)熱混凝土進(jìn)行了專(zhuān)業(yè)測(cè)試，結(jié)果表明：兆陽(yáng)專(zhuān)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。

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

熱學(xué)、力學(xué)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

另外，配方混凝土熱學(xué)性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果表明：當(dāng)溫度為300、400和500℃時(shí)，其對(duì)應(yīng)的比熱容值分別是1.028、1.040、1.10kJ/(kg·K)；當(dāng)溫度為250、300和450℃時(shí)，其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)分別為1.713、1.615、1.327W/(m·K)；密度是2022Kg/立方米，平均抗壓強(qiáng)度30MPa以上。

上圖是抗壓強(qiáng)度隨循環(huán)次數(shù)的變化曲線，循環(huán)超過(guò)15次左右，抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定在35MPa的水平。

我們針對(duì)實(shí)體的固體混凝土蓄熱裝置單根管路取熱性能進(jìn)行了測(cè)試，當(dāng)設(shè)計(jì)的理論溫差為10℃時(shí)，蒸發(fā)段換熱系數(shù)的單位長(zhǎng)度理論設(shè)計(jì)取熱功率為100W/m；實(shí)測(cè)當(dāng)量蒸發(fā)段換熱溫差10℃下，取熱功率為98.76W/m，測(cè)試得到的取熱功率與設(shè)計(jì)取熱功率偏差小于2%。

綜上可以驗(yàn)證：混凝土儲(chǔ)熱系統(tǒng)從工藝、性能和造價(jià)各方面均達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，能夠完全滿足熱用戶對(duì)儲(chǔ)取熱的性能要求。

運(yùn)維費(fèi)用低

主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

1、類(lèi)似常規(guī)熱力設(shè)備，電費(fèi)低

管道、閥門(mén)、儀表等均采用常規(guī)熱力設(shè)備，檢修和更換費(fèi)用低；

蓄熱介質(zhì)為混凝土，無(wú)需防凝，運(yùn)維電費(fèi)低。

2、運(yùn)維人員數(shù)量少

系統(tǒng)簡(jiǎn)單，常規(guī)熱力站運(yùn)維人員數(shù)量即可滿足運(yùn)維要求。

3、人員能力要求不高

蓄熱介質(zhì)安全、可靠，無(wú)泄漏、凝固等隱患，常規(guī)熱力站運(yùn)維人員水平即可滿足要求。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

固體儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以對(duì)熱力、電力進(jìn)行儲(chǔ)存，輸出蒸汽/油/熱水/其他，具體以客戶需求為準(zhǔn)。應(yīng)用領(lǐng)域也十分廣泛，包括：發(fā)電、工業(yè)蒸汽、酒店/醫(yī)院等供消毒用蒸汽、商業(yè)樓宇/酒店供暖/工業(yè)熱水、小區(qū)冬季供暖等。

蒸汽蓄熱運(yùn)行原理如下圖所示，可以根據(jù)客戶需求進(jìn)行調(diào)整，例如，儲(chǔ)存的熱源是導(dǎo)熱油，供應(yīng)的也是導(dǎo)熱油。

熱源來(lái)源比較廣泛，可以是聚光集熱系統(tǒng)，也可以是熱力電廠的余熱，例如煤電廠或生物質(zhì)電廠等。在此以蒸汽為例進(jìn)行工藝流程的說(shuō)明。

蓄熱時(shí)，高溫蒸汽從固體混凝土蓄熱系統(tǒng)的頂端進(jìn)入混凝土儲(chǔ)熱塊的管束內(nèi)，高溫蒸汽在管束里流動(dòng)過(guò)程中逐步將熱量釋放給配方混凝土，使其溫度逐漸升高，當(dāng)蒸汽流動(dòng)至固體混凝土底部時(shí)，其溫度下降，重新回到熱力系統(tǒng)循環(huán)；取熱時(shí)，水泵將水從固體混凝土底部泵入，流經(jīng)混凝土儲(chǔ)熱體的管束過(guò)程中逐漸升溫蒸發(fā)，達(dá)到預(yù)設(shè)的參數(shù)后最終供應(yīng)給用戶。

在蒸汽蓄熱的過(guò)程中，不管蓄熱還是取熱，采用的管道是同一套。上圖所示有6個(gè)儲(chǔ)熱模塊，根據(jù)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)可以看出，左側(cè)的4個(gè)儲(chǔ)熱模塊在進(jìn)行熱量的存儲(chǔ)，右側(cè)2個(gè)儲(chǔ)熱模塊在進(jìn)行熱量的取出。如此，儲(chǔ)熱模塊通過(guò)一套管束就具備實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱和取熱的能力，因此一般情況下，儲(chǔ)熱和取熱介質(zhì)是相同的。

電蓄熱混凝土儲(chǔ)熱體的運(yùn)行原理與蒸汽類(lèi)似，唯一不同的是輸入谷電/棄電。光伏和風(fēng)電的棄電逐年增加，可以利用這些低價(jià)電力進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)電加熱器件將配方混凝土進(jìn)行加熱，用戶有熱量需求時(shí)進(jìn)行取熱，可以根據(jù)客戶的需求取出導(dǎo)熱油、蒸汽或熱水供給用戶使用。儲(chǔ)熱模塊的取熱過(guò)程和前述蒸汽取熱過(guò)程一致。

圖：電蓄熱運(yùn)行原理

四、應(yīng)用實(shí)例：光熱電站720MWh固體儲(chǔ)熱

我們公司在兆陽(yáng)張家口15MW光熱發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)了720MWh的混凝土固體儲(chǔ)熱體。

項(xiàng)目鏡場(chǎng)占地約85萬(wàn)㎡，鏡面面積38萬(wàn)㎡，儲(chǔ)熱介質(zhì)為耐高溫混凝土，傳熱流體為水/蒸汽。項(xiàng)目采用兆陽(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)，聚光集熱鏡場(chǎng)直接輸出高溫高壓蒸汽。

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的蒸汽參數(shù)是12.5MPa，450℃，以這樣的蒸汽參數(shù)進(jìn)入固體儲(chǔ)熱里面，進(jìn)行熱量的存儲(chǔ)，取出的蒸汽參數(shù)是10MPa，380℃，固體儲(chǔ)熱容量是720MWh，外部尺寸是36m×28m×28m，相當(dāng)于一個(gè)建筑樓房。

圖：?jiǎn)巫鶅?chǔ)熱塔夜間大功率取熱測(cè)試

以上是聚光集熱系統(tǒng)白天存儲(chǔ)蒸汽后，在夜間進(jìn)行取熱性能的測(cè)試。如上圖所示，出口蒸汽溫度和壓力非常穩(wěn)定，總?cè)峁β矢哌_(dá)25MW。