[发明专利]一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台及实验方法

说明书

本发明公开了一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台及实验方法，包括氯化盐循环系统、电加热系统、非均匀太阳光源模拟系统、氯化盐吹扫及排出系统、空气隔离系统以及数据采集和控制系统；在565～700℃范围内采用二元氯化盐开展研究不同光照、工况条件下吸热器的光热耦合机理和运行可靠性的实验，在保证耐高温、耐腐蚀和氯化盐不凝固堵塞管路的前提下更加贴近现实，可结合其他种类的熔盐、在多种温度条件下开展不同材质和结构形式的吸热器光热耦合机理的研究，进一步模拟实际塔式太阳能光热电站；运行稳定可靠，避免了气象和环境参数波动对于太阳能实验的影响，大大降低了时间、经济和人工成本，能够推动塔式太阳能光热电站技术的发展。

技术领域

本发明属于太阳能光热转化与利用技术领域，具体涉及一种二元氯化盐的高温光热循环模拟实验平台及实验方法。

背景技术

自工业革命以来，随着人类社会的高速发展，世界对能源的需求量与日俱增，但是当前绝大多数的能源消耗依旧来自于化石燃料，这种能源结构也相应带来了环境污染与全球变暖等问题。考虑到化石能源将会在可预见的时间内被消耗枯竭，世界各国对于环保和能源消耗问题日益重视，提高现有技术的能源转化效率和开发清洁的可再生能源成为了当今工业和学术界研究的重点课题之一，并进一步衍生出了新型电力系统的概念。在新型电力系统的内涵中，首先需要以确保能源电力安全为基本前提，其次要具有清洁低碳、安全可控等基本特征，最后也是最重要的一点是以新能源为供给主体。按照此发展趋势，风电和太阳能发电的装机容量将大幅提高，逐步成为新型电力系统的主力电源。

太阳能作为一种清洁、储量丰富的可再生能源，早就得到了重点关注，预计未来将会重点发展并应用。目前的太阳能利用技术主要有太阳能光伏和太阳能光热发电两种，由于光热发电技术具有可储能、可调峰、可连续发电、并网难度低、污染小等突出优点，成为了未来太阳能发展的主要方向。当前的太阳能热发电技术主要有塔式、槽式、线性菲涅尔式和碟式四种类型，相比于其他三种，塔式电站的聚光比和吸热器表面的能流密度较高，根据传热介质的不同，能提供的最高温度范围达到500～1000℃，相应地具有集热效率高、热电转化效率高、成本可降低空间大以及可大规模利用等优势，进而成为了太阳能光热产业未来几十年内大规模利用的主攻方向。

在当前已经商用的塔式太阳能光热电站中，吸热器的出口温度最高为565℃，与蒸汽朗肯循环结合，发电过程中的最高温度约480～550℃，相应的发电效率仅能达到约38～44％，较低的效率导致塔式电站的发电成本居高不下。为了进一步通过改善动力循环提升光电转化效率进而降低发电成本，世界各国的主要研究机构均建议将超临界二氧化碳布雷度循环与塔式太阳能系统结合，通过提升吸热器的出口温度提高动力循环的运行温度至700℃以上，与之相应的发电效率即可达到50％以上，最终可大幅降低塔式太阳能光热电站的发电成本。但是温度的提升也带来了诸多的问题，其中比较具有代表性的有：(1)更高的温度需要更高的能流密度，相应地会带来能流密度非均匀性增大，若制造吸热器的金属耐高温性能不足或吸热器结构不合理，则可能导致吸热管断裂和吸热器热损失增加等问题；(2)目前作为电站中传热流体的二元硝酸盐NaNO₃-KNO₃(mole:60-40％)使用温度最高仅为600℃，超过此温度后即会发生分解，考虑到氯化盐具有优良的热稳定性和价格低廉等优点，研究人员提出将其作为替代工质，但氯化盐对于与之直接接触的金属的腐蚀性较强，且由于熔点较高易凝固堵塞管道，在实际使用氯化盐的过程中，需要对电站中设备和仪器的选材和结构设计、调控策略以及防护措施等方面进行改进，以在保证耐高温、耐腐蚀和防凝固堵塞的前提下实现电站的安全运行。

经过调研发现，目前以高温氯化盐为循环工质的塔式电站为研究对象且模拟整个聚光集热循环过程的实验平台较少，仅有的一些系统也相对简单，均以电加热方式模拟吸热器表面非均匀的能流分布，且吸热器的出口温度难以突破现有的565℃，很少有针对下一代吸热器、出口温度达到565～700℃之间的太阳辐射聚光非均匀能流特性进行室内实验，且与不同运行工况下的光热耦合机理结合起来的研究，不能完全、准确地反映吸热器受热过程中的光热耦合机理，缺少对于下一代塔式太阳能光热电站技术发展的指导。

发明内容