火电灵活调峰中余热回收利用的中低温相变储能材料选择
发布者:xylona | 0评论 | 346查看 | 2018-08-13 16:30:49    
“全面推动火电机组灵活性改造”已被列为《电力发展“十三五”规划》的重点内容。规划尤其强调,充分借鉴国外火电灵活性相关经验,实施煤电机组调峰能力提升工程,加快推动热电机组储热改造和纯凝机组灵活性改造试点示范及推广应用。而采用储热技术可对热电机组进行调峰。

在深入推进火电灵活性改造的新阶段,科学梳理火电灵活性改造的技术路线,制定广大发电企业能够普遍参照的规范和标准,是当前迫切需要的重点课题。

对于热电机组来说,增加储热装置实现“热电解耦”是一种行之有效的调峰方式。目前常见的储能蓄热技术主要有蒸汽蓄热技术、熔盐蓄热技术、相变材料蓄热技术以及固体材料蓄热技术等。

相变材料蓄热技术主要以相变材料作为蓄存热能的载体,通过蓄热容器内蒸汽和相变材料之间的热交换来实现热能的存储与释放。当负荷下降时,锅炉产生的多余蒸汽可以以热能形式通过充热装置充入相变材料设备中进行存储,使得蓄热容器内的温度上升,并形成一定压力下的饱和水;当负荷上升,锅炉供汽不足时,蓄热容器内的饱和水随着压力的下降成为过热水而产生自蒸发,向外供汽。通过该技术的应用,可以实现热电机组的低负荷运行。

相变材料均有在一定温度范围内改变其物理状态的能力,通过物质状态的改变来实现潜热的储存与释放。该技术目前主要应用于太空太阳能动态发电系统(DSP)储热、地面太阳能的直接热利用、建筑物围护结构储热、工业余热废热回收系统储热等领域。


储能可增强平稳输出能力,同时进一步加大低品位热能的利用,是提高能源类项目经济性的良好方式。以太阳能热发电为例,当前开发的光热电站绝大多数本身就配置了储能介质,所以发电后端余热的利用,更加值得关注。

中低温相变材料温度区间拟定于110度至180度之间,通过大量的技术积累,目前市面上常见的材料包括6种,详见下表:

注:材料参数信息来自北京华厚能源科技有限公司

其中,甘露醇可固-液相转变温度为164.6°C,相变潜热为322.8J/g,固相导热系数为0.6W•m-1•K-1。液-固相转变温度为127.87°C,其相变潜热为266.8J/g;甘露醇具有明显的过冷现象。

NaOH/KOH物质的量比例变化,相变温度145~318°C;(NaNO3-NaN02)/MgO,复合中温储热砖体系,相变温度150~450°C,蓄热量(447±2)kJ/kg;NH4SCN从室温加热到150℃发生固一固相变时,相转变焓较高,相转变温度范围宽,过冷程度轻,稳定性好,不腐蚀,是一种很有前途的储能材料。

癸二酸/石墨基复合PCMs,癸二酸85%时,复合PCMs具有128℃的相变温度和高达187J/g的相变潜热,几乎没有过冷行为和性能损失,既提高了材料的导热性,又展示了极好的热可靠性、热稳定性和成型性能,在潜热储存方面具有巨大的潜力。

在余热利用方面,相变材料应用市场广阔,可有效应用于下列领域:

低温余热制冷,加热热源温度要求不高,一般只要100~200℃就可满足要求;

低温余热发电,主要包括低品位热能汽轮机、有机工质朗肯循环(ORC)透平、全流透平、螺杆膨胀机部分;

化学热泵,其原理是利用异丙醇-丙酮-氢发生反应的化学热泵,利用可逆化学反应回收低温余热,热量会被吸热的化学反应吸收并产生新的化学物质;

低温除湿,即以低温余热驱动的除湿技术有液体吸收式除湿技术和转轮除湿技术。

由此可见,火电灵活调峰中余热回收利用市场广阔,只是需要进一步确认设备与材料的兼容性,以及实际到工业化批量生产环节时,实际应用的效果,这些还需要进一步的生产论证。
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