2025年5月29日，在浙江杭州舉辦的第十二屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會上，常州龍騰光熱科技股份有限公司技術(shù)總監(jiān)盧智恒發(fā)表了《第三代槽式光熱大容量電站的技術(shù)與成本分析》主題演講，系統(tǒng)闡述了熔鹽槽式技術(shù)在光熱發(fā)電領(lǐng)域的創(chuàng)新突破與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

圖：盧智恒

1、第三代槽式光熱技術(shù)的核心特征與系統(tǒng)架構(gòu)革新

盧智恒在演講中首先明確，雖然熔鹽槽技術(shù)并非全新概念，其技術(shù)雛形在國外已有探索，但以熔鹽槽作為載體的第三代槽式光熱技術(shù)理念，在全世界范圍內(nèi)屬于由中國首次提出。該技術(shù)以8.5米以上開口寬度大槽集熱器、熔鹽傳儲熱一體化介質(zhì)、機(jī)組規(guī)模200MW及以上規(guī)模為三大核心特征，通過大開口、高參數(shù)、規(guī)模化效應(yīng)提升槽式光熱技術(shù)的市場競爭力，以技術(shù)創(chuàng)新繼續(xù)推動(dòng)光熱行業(yè)的降本增效。

在工藝流程對比中，盧智恒通過工藝流程圖清晰展現(xiàn)了熔鹽槽與導(dǎo)熱油槽技術(shù)的關(guān)鍵差異。

圖：圖中紅色標(biāo)記字段為熔鹽槽與導(dǎo)熱油槽二者關(guān)鍵的區(qū)別點(diǎn)。

圖：圖示工藝流程中，紅色線段代表導(dǎo)熱油介質(zhì)，綠色線段代表熔鹽介質(zhì)。

盧智恒表示，傳統(tǒng)導(dǎo)熱油槽一般采用“非解耦模式”，導(dǎo)熱油優(yōu)先驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電，僅在能量富余時(shí)才流入熔鹽儲罐，這種設(shè)計(jì)導(dǎo)致后端發(fā)電環(huán)節(jié)在一定程度上仍然會受前端集熱環(huán)節(jié)的影響，同時(shí)電站運(yùn)行模式眾多，模式切換復(fù)雜。而熔鹽槽的工藝流程“天生就是解耦”的，集熱環(huán)節(jié)與發(fā)電環(huán)節(jié)完全獨(dú)立運(yùn)行，這與熔鹽塔、熔鹽線菲技術(shù)是一致的，能夠在最大程度上降點(diǎn)前端集熱環(huán)節(jié)對后端發(fā)電環(huán)節(jié)的影響。

進(jìn)一步地，盧智恒通過對比熔鹽塔和熔鹽槽的工藝流程，指出兩者的區(qū)別主要體現(xiàn)在鏡場集熱方式的不同：熔鹽槽采用短光程的槽式集熱器技術(shù)，反射鏡面至集熱管的光程的距離僅2～3米，進(jìn)而通過長管程收集光熱轉(zhuǎn)換后的熱量，這種“短光程+長管程”的技術(shù)能夠在不同氣象條件下保持光熱轉(zhuǎn)換的高效率和穩(wěn)定性，同時(shí)管道散熱在現(xiàn)有工程技術(shù)水平上是可控的，所以熔鹽槽仍然繼承了傳統(tǒng)槽式鏡場集熱效率高效穩(wěn)定的優(yōu)勢；而熔鹽塔則采用長光程的定日鏡+塔頂吸熱器技術(shù)，定日鏡面至塔頂吸熱器的光程可達(dá)200～2000米，鏡場光熱轉(zhuǎn)換效率易受浮塵、水汽、大風(fēng)等氣象條件的影響，雖然從塔頂吸熱器到塔底熔鹽罐的管程較短，在管道散熱量上有優(yōu)勢，但這種“長光程+短管程”技術(shù)全年累計(jì)的光學(xué)損失較高，且控制難度很大，所以熔鹽塔鏡場的集熱效率較低，最后也反映在全年累計(jì)的系統(tǒng)發(fā)電效率上。這種鏡場技術(shù)上的差異，直接影響了熔鹽槽和熔鹽塔兩種技術(shù)的能量轉(zhuǎn)化效率與系統(tǒng)穩(wěn)定性。

圖：熔鹽槽式電站VS熔鹽塔式電站

2、熔鹽槽技術(shù)的關(guān)鍵性能解析與常見問題釋疑

接下來，盧智恒圍繞行業(yè)對熔鹽槽技術(shù)的關(guān)鍵性能和常見問題，通過定量計(jì)算分析給出了解答。

（一）熔鹽槽熱平衡與散熱特性的定量研究

針對行業(yè)普遍關(guān)注的熔鹽槽散熱問題，盧智恒引用2003年美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室NREL提出的導(dǎo)熱油槽式集熱回路二維熱平衡分析方法，將其推廣至熔鹽槽集熱回路的熱平衡分析，該方法通過解構(gòu)集熱回路的熱傳遞機(jī)制和建立熱平衡模型，實(shí)現(xiàn)對熔鹽槽系統(tǒng)不同工況下熱平衡狀態(tài)的精準(zhǔn)解析。

該熱平衡方法的分析思路，是以集熱管橫截面為基本研究對象，以管內(nèi)熔鹽流體溫度、吸熱鋼管內(nèi)壁溫度、吸熱鋼管外壁溫度、玻璃管內(nèi)壁溫度、玻璃管外壁溫度、環(huán)境溫度、天空溫度作為溫度節(jié)點(diǎn)，通過入射輻射能量吸收、熔鹽流體的對流換熱、吸熱鋼管與玻璃管之間的對流散熱及輻射散熱、玻璃管與環(huán)境及天空之間的對流散熱及輻射散熱分析計(jì)算，得出橫截面處于熱平衡時(shí)各溫度節(jié)點(diǎn)的數(shù)值，同時(shí)在沿集熱回路軸線方向劃分多個(gè)微元，熔鹽流體溫度作為微元的進(jìn)出口溫度，分析得出沿集熱回路軸線方向上的溫度分布，最終完整呈現(xiàn)回路的熱平衡狀態(tài)以及沿程流動(dòng)阻力結(jié)果。

分析結(jié)果顯示：在正常運(yùn)行工況下，以入射太陽輻射設(shè)計(jì)值同為800 W/m2為例，導(dǎo)熱油槽與熔鹽槽的工質(zhì)質(zhì)量流量分別為8 kg/s和9 kg/s，兩者的壓降分別約為6.1 bar和2.5 bar。這一差異源于熔鹽密度約為導(dǎo)熱油的2倍，當(dāng)兩者質(zhì)量流量相近時(shí)，熔鹽的實(shí)際流速僅1 m/s，而導(dǎo)熱油為2.8 m/s。更低的流速可以使熔鹽槽回路的沿程阻力更小，運(yùn)行工況下所需的泵功明顯降低。

圖：在相同太陽輻照下，熔鹽槽回路的工質(zhì)流速更慢。

在夜間散熱工況下，當(dāng)入口溫度同為280℃時(shí)，熔鹽槽和導(dǎo)熱油槽回路的溫降均在20℃左右（導(dǎo)熱油約21℃、熔鹽約22℃），扣除管徑和回路長度的差別，熔鹽槽回路散熱功率與導(dǎo)熱油槽回路基本一致。但由于熔鹽因凝固點(diǎn)限制需維持入口溫度在280℃以上，而導(dǎo)熱油槽可將入口溫度降至最低60℃，通過降低回路溫度減少散熱量，所以熔鹽槽回路的年累計(jì)散熱量高于導(dǎo)熱油槽，約為導(dǎo)熱油槽的2倍。

圖：導(dǎo)熱油槽溫度允許降得更低（最低60℃），所以熔鹽槽回路的實(shí)際散熱量＞導(dǎo)熱油槽回路

但值得注意的是，除了集熱回路散熱以外，在母管道散熱方面，熔鹽槽因流速慢，相同鏡場面積下熔鹽槽母管的管徑尺寸僅為導(dǎo)熱油槽的一半，相應(yīng)地母管管道表面積也僅為導(dǎo)熱油的一半，全年累計(jì)熔鹽槽的母管散熱量反而少約1/4，體現(xiàn)了小管徑在散熱控制方面的積極作用。

圖：相同鏡場面積下熔鹽槽與導(dǎo)熱油槽在母管管徑、表面積、散熱功率方面的對比

以德令哈場址350MW、280萬平米鏡場、14h儲熱的熔鹽槽電站為例，對電站全場能量平衡進(jìn)行分析。以投射到電站的入射光輻射總量定義為100%，扣除鏡場光學(xué)損失后，熔鹽槽集熱系統(tǒng)可保留約54%的能量，進(jìn)一步扣除集熱管年散熱量10.4%、母管道年散熱量1%（其中集夜間集熱管和母管道散熱量約為三分之一）、泵流量及儲罐液位限制導(dǎo)致的棄熱量0.2%、熔鹽早晨預(yù)熱升溫所需熱量1.6%、熔鹽罐年散熱量0.5%后，全年可用于發(fā)電的能量占比為39.2%，經(jīng)汽輪機(jī)熱電轉(zhuǎn)換后，最終電站的年光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到16%，高于現(xiàn)有的導(dǎo)熱油槽、熔鹽塔、熔鹽線菲等其他光熱技術(shù)。

針對熔鹽槽是否需要進(jìn)行每日卸鹽的疑問，盧智恒化繁為簡，從最基本的能量損益邏輯角度進(jìn)行了分析：若采用卸鹽操作，可減少集熱管在夜間及全年35個(gè)白天陰天約200GWh的散熱量，但槽式系統(tǒng)卸鹽后需在次日日出后進(jìn)行掃掠預(yù)熱和注鹽，要求條件為垂直集熱器開口面的日照輻射分量強(qiáng)度500W/㎡、持續(xù)時(shí)間約1小時(shí)的非持續(xù)對焦預(yù)熱，此過程將浪費(fèi)全年共計(jì)464 GWh的能量，收益小于代價(jià)，因此每日卸鹽對熔鹽槽系統(tǒng)而言不合適。

此外，盧智恒將上述熔鹽槽電站方案與相同集熱面積的三塔一機(jī)熔鹽塔進(jìn)行對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，熔鹽塔鏡場在扣除光學(xué)損失后，能量保留率約為43%；經(jīng)吸熱器預(yù)熱、管道散熱等環(huán)節(jié)損耗后，可用于發(fā)電的能量占比只有35.2%，經(jīng)汽輪機(jī)熱電轉(zhuǎn)換后，最終電站的年光電轉(zhuǎn)換效率約14%。值得注意的是，該14%的數(shù)值尚未扣除三塔與中央儲罐直線距離為3×1100m連接管道的散熱量及熔鹽輸送泵功損耗。若計(jì)入這些因素，熔鹽塔的實(shí)際效率將進(jìn)一步降低。

另外，盧智恒還進(jìn)一步指出，即使對于單個(gè)熔鹽塔，14.0%光電效率的實(shí)際達(dá)產(chǎn)水平仍需商榷。從已投產(chǎn)6-7年的首批熔鹽塔式光熱示范項(xiàng)目來看，達(dá)產(chǎn)率最好的可勝德令哈50兆瓦熔鹽塔電站，實(shí)際達(dá)到的最高光熱轉(zhuǎn)換效率為13.7%，而此項(xiàng)目的鏡場面積為54萬平米，由于塔式電站的光學(xué)效率與鏡場面積呈負(fù)相關(guān)，即鏡場面積越大，鏡場整體效率越低，因此當(dāng)鏡場面積擴(kuò)大至95萬平米時(shí)，光學(xué)損失加劇，效率極大概率會進(jìn)一步下降，光熱轉(zhuǎn)換效率將低于13.7%。

而在鏡場規(guī)模更大的其他熔鹽塔項(xiàng)目中，截至目前達(dá)產(chǎn)率僅在50%-70%之間。按70%的達(dá)產(chǎn)率折算，14%的理論效率實(shí)際可能降至10%以內(nèi)。這意味著，熔鹽塔的實(shí)際發(fā)電效率仍存在較大的不確定性，需在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中謹(jǐn)慎評估。

圖：第一批塔式電站項(xiàng)目運(yùn)行情況（50MW及以上）

（二）凍堵風(fēng)險(xiǎn)防控體系的全流程設(shè)計(jì)

針對熔鹽槽技術(shù)最受關(guān)注的凍堵問題，盧智恒通過仿真數(shù)據(jù)的定量分析，總結(jié)防凍堵規(guī)律，并構(gòu)建了從凍堵預(yù)防到凍堵處置的完整技術(shù)體系。

仿真數(shù)據(jù)顯示：春季夜間12小時(shí)，冷鹽溫降約12℃，平均降溫速率為1℃/h；冬季夜間極端工況下，夜間15小時(shí)熔鹽從306℃降至291℃，平均降溫速率也為1℃/h。若前一日日間優(yōu)化發(fā)電策略，犧牲一小部分發(fā)電量保存高溫熔鹽熱量，則晚間完全可以避免啟動(dòng)防凝系統(tǒng)，說明熔鹽槽電站完全可以依賴自身的儲熱容量應(yīng)對一般的夜間防凝需求。

在熔鹽槽電站的日常運(yùn)維中，防凍堵的預(yù)防措施采用“流水不腐、戶樞不蠹”的理念，維持熔鹽在全場的持續(xù)循環(huán)流動(dòng)，避免發(fā)生全場凍堵。在日常檢修中，應(yīng)將冷鹽泵作為重點(diǎn)檢修維護(hù)對象，避免冷鹽泵全部同時(shí)罷工。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，適當(dāng)加大冷鹽泵的冗余設(shè)計(jì)，如兩用兩備（傳統(tǒng)為兩用一備），并對鏡場采用“分區(qū)隔離”設(shè)計(jì)策略，各回路、各分區(qū)可單獨(dú)隔斷，一旦發(fā)生局部凍堵，果斷隔離凍堵的回路、分區(qū)，確保局部故障不影響全場運(yùn)行。作為應(yīng)對連續(xù)多天陰天、完全沒有DNI極端天氣的方案，設(shè)置電加熱器或輔助燃料加熱爐系統(tǒng)，對熔鹽進(jìn)行加熱維溫至290-300℃，保證電站安全的最低紅線。

對于凍堵處置，包含多層級技術(shù)方案，包括母管道配置電伴熱，常態(tài)休眠，凍堵時(shí)啟動(dòng)；集熱回路進(jìn)出口連接管可采用預(yù)設(shè)電伴熱（同樣是常態(tài)休眠，凍堵時(shí)啟動(dòng)），或采用可拆卸式移動(dòng)加熱套，通過便攜式電源組驅(qū)動(dòng)局部化鹽；集熱管利用鋼管材質(zhì)特性，采用阻抗加熱技術(shù)（兩端接入低電壓大電流直流電，使管道自身發(fā)熱化鹽），在凍堵發(fā)生后對集熱管內(nèi)的熔鹽進(jìn)行解凍化鹽操作。

3、350MW熔鹽槽項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性突破與市場競爭力構(gòu)建

盧智恒指出，在與傳統(tǒng)導(dǎo)熱油槽的經(jīng)濟(jì)性對比中，350MW級熔鹽槽技術(shù)方案將可展現(xiàn)出多重優(yōu)勢：

1）熔鹽用量減少至1/3，直接降低儲熱系統(tǒng)成本，在350MW規(guī)模下，導(dǎo)熱油槽方案超過50%造價(jià)用于儲熱系統(tǒng)，而熔鹽槽儲熱系統(tǒng)造價(jià)占比顯著下降；

2）汽輪機(jī)效率可從40.5%提升至44.5%，帶動(dòng)電站光電轉(zhuǎn)化效率相比導(dǎo)熱油槽提高8.5%（相對值），即使在“白天讓峰、夜間發(fā)電”的調(diào)度模式下，相比能發(fā)盡發(fā)模式，效率降幅也控制在0.6%（絕對值）；

3）電站單位造價(jià)區(qū)間為1.5萬-1.7萬元/千瓦，較導(dǎo)熱油槽1.9萬-2.1萬元/千瓦降低約20%；

4）度電成本綜合測算顯示，熔鹽槽較導(dǎo)熱油槽降低約1/3，在相同廠址與裝機(jī)規(guī)模下，形成“高效率、低造價(jià)、低成本”的三重競爭力。

5）能耗數(shù)據(jù)對比表明：在相同350MW、280萬平米鏡場、14小時(shí)儲熱的電站配置下，熔鹽槽鏡場循環(huán)（冷鹽泵）年功耗約18 GWh，僅為導(dǎo)熱油槽35GWh的一半；綜合廠用電耗計(jì)算，熔鹽槽的全年廠用電量僅為導(dǎo)熱油槽的60%。

6）針對突發(fā)云層遮擋的最極端工況，熔鹽槽因?yàn)榛芈烽L度更長、流速更慢（1m/s），出口端集熱管在最極端工況下的溫度變化率為20℃/min，低于導(dǎo)熱油槽的26℃/min，結(jié)合運(yùn)行預(yù)測及降低流速的調(diào)控策略，可進(jìn)一步減緩溫度波動(dòng)。30年導(dǎo)熱油槽運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，導(dǎo)熱油集熱管可以耐受此等最低端工況的溫度熱沖擊，則熔鹽槽集熱管更可以耐受要求更低的熱沖擊。

最后，盧智恒總結(jié)，在光熱發(fā)電與新能源融合發(fā)展的趨勢下，作為第三代槽式光熱技術(shù)的熔鹽槽，憑借其“高效率、低造價(jià)、低成本”三重競爭力，構(gòu)建起更具市場價(jià)值和應(yīng)用前景的技術(shù)路徑。隨著規(guī)模化應(yīng)用的推進(jìn)，第三代槽式光熱技術(shù)將在大容量調(diào)峰支撐電源、綜合能源系統(tǒng)等領(lǐng)域展現(xiàn)出更大的潛力，為光熱發(fā)電規(guī)模發(fā)展提供核心支撐，為全球清潔能源順利轉(zhuǎn)型提供中國方案。