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在10月25日于浙江?湖州召開的2024第五屆中國儲熱大會上，北京兆陽光熱技術有限公司經理王芳出席會議并作《兆陽低成本長時儲熱系統指標及應用》的主題演講。

圖：王芳

以下為演講內容。

各位領導、嘉賓，大家下午好，我來自北京兆陽光熱技術有限公司，今天的報告題目是《兆陽低成本長時儲熱系統指標及應用》。報告主要分為四部分：

一、公司簡介

公司介紹

北京兆陽光熱技術有限公司及其關聯公司，致力于太陽能光熱利用技術的開發及推廣。核心團隊由數名清華學子組成，秉持行勝于言的理念，經過近20年的研發歷程，形成了一套原創光熱技術體系，具備全產業鏈完整自主知識產權。

類菲涅爾聚光集熱技術和大規模儲熱技術，除了整體應用于太陽能熱發電外，其組成部分及其衍生產品還可被單獨應用于工業熱水/蒸汽、火電站靈活性改造、城鎮供熱、海水淡化、農業畜牧業供熱等領域，清潔、經濟、安全。

公司簡介

北京兆陽的全資子公司四川蘇能電力工程設計有限公司具備電力行業新能源發電、變電工程、送電工程、火力發電（含核電站常規島設計）和建筑行業（建筑工程）等工程設計資質，以及工程勘察、工程測量、電力工程施工總承包、建筑工程施工總承包等系列資質，可從事資質證書許可范圍內相應的建設工程總承包業務。

公司對外提供全套太陽能光熱和混凝土儲熱技術服務，承接聚光集熱系統及儲熱系統的研發、制造、銷售；并提供技術咨詢、清潔能源供熱項目EPC、調試運維等服務。

資質及榮譽

下面介紹一下我司的資質以及榮譽，截至目前，公司授權的發明專利42項，實用新型專利147項，其他國家專利授權18項；主編一項國家標準《菲涅耳式太陽能光熱發電站技術標準》，參編四項國家標準；是國家高新、市高新企業、知識產權示范單位；獲得的榮譽與課題有：格爾木供熱項目獲得世界銀行的資金支持、核心專利獲得2022年電力科技成果金蘋果獎、聚光集熱技術和固體儲熱技術獲全球綠色低碳領域藍天獎、2022年中央引導地方科技發展專項課題。

合作經營模式

公司對外經營模式一共有4個方面，首先是清潔能源項目的整體方案設計，其次為核心產品的批量制造，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熱產品，另外提供以上產品的施工安裝服務，最后是項目后期調試運維，以及調試運維的培訓和服務。

二、儲熱系統技術指標

兆陽固體儲熱技術特點

兆陽固體儲熱技術具備以下9個特點優勢：

1、蓄熱介質安全經濟：選用耐高溫混凝土作為蓄熱介質，蓄熱溫度高達500℃，無燃燒、爆炸、腐蝕、凍堵風險，經濟安全。

2、裝機規模相對較大：可實現大規模（GW級）長時（24-48小時乃至更長）儲熱。

3、使用壽命長：使用壽命在25年左右，充放熱次數不受限制。

4、建設周期短：兆陽固體儲熱可模塊化生產，現場拼裝焊接，大規模的長時儲熱設備建設周期在1年內。

5、運行安全性高：儲熱和取熱的全過程均為純物理變化，安全性高，無燃燒、爆炸、腐蝕、凍堵、泄露等風險。

6、響應速度快：升、降負荷可自由調節。

7、環境友好：混凝土儲熱系統的制造和運行對環境不產生任何污染。

8、全天候熱力供應保障能力強：可實現全天24小時穩定熱力輸出，保障用戶或電站的穩定用熱需求。

9、經濟性優：在相同的儲熱參數條件下，與熔鹽儲熱、耐火磚儲熱比較，經濟性更為顯著。

原料樸素，來源廣泛成本低

下面我說一下為什么混凝土儲熱經濟性比較顯著？

由于選用的原材料的來源比較廣泛，主要原料是一些普通的建筑材料，水泥、沙子、石子，另外還有兆陽專有配方耐高溫添加劑，以上是蓄熱介質的材料；其他的換熱裝置均采用常規熱力系統的水泵、鋼管，以及常規熱力閥門、儀表，具備國家標準以及行業標準的有力支撐。

儲熱裝備形態

針對不同的應用場景，儲熱裝備形式分為以下三種：

1、集裝箱一體化設備

第一種是相對小型的裝置，采用集裝箱式模式，蓄熱介質、儲換熱管道、保溫等結構均匹配在集裝箱內，交付給客戶的就是一個撬裝式集裝箱，如上圖所示。

2、模塊化預制

采用模塊預制化的方式，在工廠進行模塊的預制，運輸到項目現場，進行模塊的吊裝就位，然后外部管道連接，最后進行保溫，以及外殼安裝，具體流程如下圖所示。

3、現場澆筑

像光熱電站和火電站靈活性改造項目，規模在幾十兆瓦、百兆瓦以上的采用現場澆鑄方式。現場澆筑施工過程如下圖所示，首先將翅片管進行加工、逐層碼放，之后逐層澆筑，最后進行外部的管道連管、保溫以及外殼的安裝。

圖：現場澆筑施工過程

儲熱混凝土熱性能測試

由第三方機構使用進口高品質熱物性測試儀器對儲熱混凝土進行了專業測試，結果表明：兆陽專利配方儲熱混凝土在常溫下綜合導熱系數＞2.2W/（m.K），350℃下的綜合導熱系數＞1.6W/（m.K），導熱性能優良。

圖：儲熱混凝土導熱系數測試結果

熱學、力學性能指標檢測結果

另外，配方混凝土熱學性能指標檢測結果表明：當溫度為300、400和500℃時，其對應的比熱容值分別是1.028、1.040、1.10kJ/(kg·K)；當溫度為250、300和450℃時，其對應的導熱系數分別為1.713、1.615、1.327W/(m·K)；密度是2022Kg/立方米，平均抗壓強度30MPa以上。

上圖是抗壓強度隨循環次數的變化曲線，循環超過15次左右，抗壓強度穩定在35MPa的水平。

我們針對實體的固體混凝土蓄熱裝置單根管路取熱性能進行了測試，當設計的理論溫差為10℃時，蒸發段換熱系數的單位長度理論設計取熱功率為100W/m；實測當量蒸發段換熱溫差10℃下，取熱功率為98.76W/m，測試得到的取熱功率與設計取熱功率偏差小于2%。

綜上可以驗證：混凝土儲熱系統從工藝、性能和造價各方面均達到設計目標，能夠完全滿足熱用戶對儲取熱的性能要求。

運維費用低

主要體現在以下三個方面：

1、類似常規熱力設備，電費低

管道、閥門、儀表等均采用常規熱力設備，檢修和更換費用低；

蓄熱介質為混凝土，無需防凝，運維電費低。

2、運維人員數量少

系統簡單，常規熱力站運維人員數量即可滿足運維要求。

3、人員能力要求不高

蓄熱介質安全、可靠，無泄漏、凝固等隱患，常規熱力站運維人員水平即可滿足要求。

三、應用場景

固體儲熱系統可以對熱力、電力進行儲存，輸出蒸汽/油/熱水/其他，具體以客戶需求為準。應用領域也十分廣泛，包括：發電、工業蒸汽、酒店/醫院等供消毒用蒸汽、商業樓宇/酒店供暖/工業熱水、小區冬季供暖等。

蒸汽蓄熱運行原理如下圖所示，可以根據客戶需求進行調整，例如，儲存的熱源是導熱油，供應的也是導熱油。

熱源來源比較廣泛，可以是聚光集熱系統，也可以是熱力電廠的余熱，例如煤電廠或生物質電廠等。在此以蒸汽為例進行工藝流程的說明。

蓄熱時，高溫蒸汽從固體混凝土蓄熱系統的頂端進入混凝土儲熱塊的管束內，高溫蒸汽在管束里流動過程中逐步將熱量釋放給配方混凝土，使其溫度逐漸升高，當蒸汽流動至固體混凝土底部時，其溫度下降，重新回到熱力系統循環；取熱時，水泵將水從固體混凝土底部泵入，流經混凝土儲熱體的管束過程中逐漸升溫蒸發，達到預設的參數后最終供應給用戶。

在蒸汽蓄熱的過程中，不管蓄熱還是取熱，采用的管道是同一套。上圖所示有6個儲熱模塊，根據閥門的開關狀態可以看出，左側的4個儲熱模塊在進行熱量的存儲，右側2個儲熱模塊在進行熱量的取出。如此，儲熱模塊通過一套管束就具備實現儲熱和取熱的能力，因此一般情況下，儲熱和取熱介質是相同的。

電蓄熱混凝土儲熱體的運行原理與蒸汽類似，唯一不同的是輸入谷電/棄電。光伏和風電的棄電逐年增加，可以利用這些低價電力進行存儲，通過電加熱器件將配方混凝土進行加熱，用戶有熱量需求時進行取熱，可以根據客戶的需求取出導熱油、蒸汽或熱水供給用戶使用。儲熱模塊的取熱過程和前述蒸汽取熱過程一致。

圖：電蓄熱運行原理

四、應用實例：光熱電站720MWh固體儲熱

我們公司在兆陽張家口15MW光熱發電項目建設了720MWh的混凝土固體儲熱體。

項目鏡場占地約85萬㎡，鏡面面積38萬㎡，儲熱介質為耐高溫混凝土，傳熱流體為水/蒸汽。項目采用兆陽光熱經濟型高倍菲涅爾式聚光技術、直接蒸汽發生技術（DSG）以及耐熱混凝土儲熱技術，聚光集熱鏡場直接輸出高溫高壓蒸汽。

該項目設計的蒸汽參數是12.5MPa，450℃，以這樣的蒸汽參數進入固體儲熱里面，進行熱量的存儲，取出的蒸汽參數是10MPa，380℃，固體儲熱容量是720MWh，外部尺寸是36m×28m×28m，相當于一個建筑樓房。

圖：單座儲熱塔夜間大功率取熱測試

以上是聚光集熱系統白天存儲蒸汽后，在夜間進行取熱性能的測試。如上圖所示，出口蒸汽溫度和壓力非常穩定，總取熱功率高達25MW。