，不存在凍結(jié)問(wèn)題，但由于礦物油的溫度不能高于300℃，否則易分解，這樣限制了槽式系統(tǒng)的工作溫度不能超過(guò)300℃，導(dǎo)致效率比較低；當(dāng)然也可以選用合成油作為HTF/蓄熱材料，但其價(jià)格沒(méi)有熔融鹽那么便宜，實(shí)際上不用于蓄熱材料，而且合成油的溫度也不能高于400℃，這自然也限制了槽式系統(tǒng)的工作溫度不能超過(guò)400℃，但間接TES綜合考慮了防凍與蓄熱材料成本問(wèn)題。SEGS槽式系統(tǒng)中分別應(yīng)用了此兩種方案進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，后者顯示了后來(lái)居上的發(fā)展?jié)摿�，特別是高溫工況的應(yīng)用為朗肯循環(huán)效率提高到40%創(chuàng)造了條件。但前者的研究、應(yīng)用和技術(shù)相對(duì)成熟些，已經(jīng)顯示了TES為槽式系統(tǒng)帶來(lái)的好處。
　　塔式系統(tǒng)帶TES裝置通常采用了圖3的布置形式，圖3也是Sular Two與Solar Tres塔式CSP的示意圖。塔式系統(tǒng)采用熔融鹽液作為HTF/顯熱蓄熱材料的方式，這是因?yàn)樗�式系統(tǒng)的管網(wǎng)系統(tǒng)絕大部分是豎直布置在塔內(nèi)，管內(nèi)的HTF容易排出，解決防凍問(wèn)題的成本不大，而且其工作溫度比槽式系統(tǒng)高，因此該方案對(duì)塔式系統(tǒng)幾乎是唯一的選擇。
　　為了彌補(bǔ)單一蓄熱物質(zhì)的劣勢(shì)，常采用合成物或共晶混合物。例如Solar Two系統(tǒng)采用60%NaNO3+40%KN03的硝酸鹽混合物，其熔點(diǎn)為220℃，到600℃還能保持熱穩(wěn)定性；SEGS槽式系統(tǒng)分別采用過(guò)了二苯基氧（Therminol VP-1）、Hitec（53%KNO3 +7%NaN03+40%NaN02）、Hitec XL（45%KNO3 +45%Ca（N03）2 +7%NaNO3）等。CSP系統(tǒng)中常見(jiàn)的HTF或液體顯熱蓄熱材料見(jiàn)表1。
　　其實(shí)，HTF采用合成油或熔融鹽都不是特別理想，合成油因其分解溫度低，無(wú)法應(yīng)用在提高槽式系統(tǒng)的工作溫度（如超過(guò)450℃）來(lái)獲得高效率的場(chǎng)合；而熔融鹽因其熔點(diǎn)高，在冬天或晚上易凍結(jié)，保證其處于液態(tài)需要高的運(yùn)行成本。于是一些室溫離子液體（room temperature ionic liquid ,RTIL）成為目前比較理想的HTF/液態(tài)顯熱蓄熱二合一材料。離子液體的熔點(diǎn)低，液程寬，沒(méi)有可測(cè)量的蒸氣壓，不可燃，熱容量大，低黏性，熱穩(wěn)定性好，無(wú)揮發(fā)性，導(dǎo)熱系數(shù)大，具有優(yōu)良的動(dòng)力學(xué)可控性，更重要的是離子液體價(jià)格便宜且易制備，可通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)年庪x子或微調(diào)陽(yáng)離子的烷基鏈，改善離子液體的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，這些特點(diǎn)引起了大家的注意。例如一種［C4mim］［BF4］離子液體的液程范圍為-79～459℃，目前已進(jìn)入試驗(yàn)階段。
　　1.1.2固體顯熱蓄熱
　　與美國(guó)不同，德國(guó)等歐盟國(guó)家比較重視直接蒸氣發(fā)電(DSG）CSP系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究（見(jiàn)圖5）。蓄熱系統(tǒng)則常采用固體顯熱蓄熱材料，成本低是其最大的優(yōu)勢(shì)，但它顯然只能用于間接TES。德國(guó)航天航空研究中心（DLR）的Tamme等在研究砂石混凝土和玄武巖混凝土的基礎(chǔ)上，研究開(kāi)發(fā)耐高溫混凝土和鑄造陶瓷等固體蓄熱材料，耐高溫混凝土的骨料主要是氧化鐵，水泥為黏結(jié)劑；鑄造陶瓷骨料也主要是氧化鐵，黏結(jié)劑包括氧化鋁等。它們具有分布均勻，低孔，與HTF換熱管接觸良好，能采用模塊化蓄熱設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。在阿爾梅里亞太陽(yáng)能實(shí)驗(yàn)基地（PSA）與槽式系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)，效果良好，現(xiàn)在正準(zhǔn)備MWh級(jí)的中試。
　　1.1.3液-固聯(lián)合顯熱蓄熱
　　為了降低槽式系統(tǒng)中的雙罐熔融鹽液間接蓄熱裝置的固定投資成本，Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的James等設(shè)計(jì)并測(cè)試一個(gè)2.3MW•h的斜溫層單罐蓄熱系統(tǒng)（thermocline tank storage），見(jiàn)圖4。雙點(diǎn)劃線框內(nèi)的斜溫層單罐TES可替代圖1中雙點(diǎn)劃線框內(nèi)的雙罐熔融鹽液TES而與槽式系統(tǒng)整合。斜溫層單罐是利用密度與溫度冷熱的關(guān)系，當(dāng)高溫熔融鹽液在罐的頂部被高溫泵抽出，經(jīng)過(guò)油鹽換熱器冷卻后，由罐的底部進(jìn)入罐內(nèi)時(shí)，或者當(dāng)?shù)蜏厝廴邴}液在罐的底部被低溫泵抽出，經(jīng)過(guò)油鹽換熱器加熱后，由罐的頂部進(jìn)入罐內(nèi)時(shí)，在罐的中間會(huì)存在一個(gè)溫度梯度很大的自然分層，即斜溫層，它像隔離層一樣，使得斜溫層以上熔融鹽液保持高溫，斜溫層以下熔融鹽液保持低溫，隨著熔融鹽液的不斷抽出，斜溫層會(huì)上下移動(dòng)，抽出的熔融鹽液能夠保持恒溫，當(dāng)斜溫層到達(dá)罐的頂部或底部時(shí)，抽出的熔融鹽液的溫度會(huì)發(fā)生顯著變化。為了維持罐內(nèi)溫度梯度分層，就必須嚴(yán)格控制液體鹽液的注入和出料過(guò)程，在罐內(nèi)合理填充固體蓄熱材料以及配置合適的成層設(shè)備，如浮動(dòng)進(jìn)口、環(huán)殼式換熱器等，圖中虛線表示蓄熱材料被加熱的循環(huán)過(guò)程。該試驗(yàn)證實(shí)了液態(tài)蓄熱材料NaNO3與KN03的熔融鹽混合物與固態(tài)蓄熱材料石英巖、硅質(zhì)沙具有良好的相容性；溫躍層罐蓄熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是可行的，試驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)濟(jì)性都令人振奮，其固定投資成本約為雙罐熔融鹽液間接蓄熱系統(tǒng)的65％。
　　1.2相變蓄熱
　　相變蓄熱材料具有相變潛熱大、相變溫區(qū)窄等特點(diǎn)，跟顯熱蓄熱比較，可顯著降低蓄熱系統(tǒng)的尺寸，但選擇合適的相變材料（PCM）及換熱器設(shè)計(jì)比較困難。因此，CSP系統(tǒng)中的相變蓄熱技術(shù)還處于試驗(yàn)研究或中試階段。其使用有兩種情形。
　�。╨）在DSG槽式系統(tǒng)中，采用單一PCM的蓄熱方式（見(jiàn)圖5）。圖5（a）是DSG槽式系統(tǒng)的基本工作原理示意圖，圖5(a)是DSG槽式系統(tǒng)聯(lián)合蓄熱技術(shù)的示意圖。該系統(tǒng)只有水／蒸氣作為HTF，在HTF與PCM的換熱過(guò)程中，其蒸氣HTF壓力基本保持恒定，溫度也保持穩(wěn)定，此時(shí)，要求PCM相變時(shí)溫度變化范圍也小。
德國(guó)等13個(gè)國(guó)家從2004年開(kāi)始共同實(shí)施的DISTOR項(xiàng)目，就是為DSG槽式系統(tǒng)設(shè)計(jì)完善的相變蓄熱系統(tǒng)，主要任務(wù)是研究230～330℃的加膨脹石墨的復(fù)合相變材料（EG-PCM），應(yīng)用微膠囊技術(shù)以及設(shè)計(jì)逆流相變蓄熱換熱器，達(dá)到降低成本的目的。
　　（2）在采用合成油作為HTF的槽式系統(tǒng)中，合成油HTF的溫度變化范圍從250～400℃，水／蒸氣HTF的溫度變化范圍是從200～400℃，這就要求PCM在換熱過(guò)程中，溫度變化也比較大，因此，此時(shí)單一相變材料（PCM）是無(wú)法滿足要求。于是，1989年，美國(guó)LUZ公司就提出了級(jí)聯(lián)相變蓄熱的設(shè)計(jì)方案［見(jiàn)圖6（a）];l993年DLR與ZSW（德國(guó)太陽(yáng)能及氫能研究中心）共同提出了PCM/顯熱蓄熱材料/PCM混合蓄熱方法［見(jiàn)圖6（b）]，并提出了可采用表2的PCM用于級(jí)聯(lián)相變蓄熱或混合蓄熱。1996年Michels等用3個(gè)豎立的殼管換熱器串聯(lián)，殼內(nèi)分別放置了KN03、KN03/KCI、NaNO3三種PCM，證實(shí)了級(jí)聯(lián)相變蓄熱的可行性。
相變蓄熱技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)展不大，主要是固液相變換熱器的設(shè)計(jì)沒(méi)有取得突破，微膠囊技術(shù)可能提供了一種方法，但對(duì)于高溫?fù)Q熱需要進(jìn)一步探討。CSP系統(tǒng)中應(yīng)用PCM是出于經(jīng)濟(jì)性、可靠性設(shè)計(jì)的考慮，并不是因?yàn)镻CM本質(zhì)上是一種良好的蓄熱材料。
　　1.3化學(xué)反應(yīng)蓄熱
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作者：左遠(yuǎn)志 丁靜 楊曉西 來(lái)源： 責(zé)任編輯：admin