6月13日，2023中國國際光熱大會暨CSPPLAZA第十屆年會在浙江杭州盛大召開，北京兆陽光熱技術有限公司（簡稱“兆陽”）副總經理李維就《兆陽高溫固體儲熱技術介紹及典型應用》作主題演講。

▲北京兆陽光熱技術有限公司副總經理李維

大規模高溫儲熱產業現狀

李維表示，在全球的用戶終端需求中，熱能和冷能約占總能耗的一半，而在全球能源預算中，有90%的能量是圍繞能源的轉換、傳輸和存儲進行的。

上圖是近20年關于儲能的專利和文章的數據變化，可以看出每年增長較快。另外，由2020年各儲能技術的占比圖可見，儲冷和儲熱占比約40%，由于熱力學電力的約束，熱都以中間產物和副產物的形式存在，因此存在著可被大量存儲的空間。

李維表示，顯熱儲熱技術成熟、操作簡單，是目前應用最廣泛的儲熱方式之一。顯熱儲熱按照材料的物態可分為固態和液態。常見的固態相變材料包含混凝土、鎂磚、鵝卵石等。常見的液態顯熱材料包括水、導熱油、液態金屬和熔融鹽等。

▲不同儲熱方式的主要特點

兆陽高溫固體儲熱技術特點

李維介紹，兆陽固體儲熱系統通常由多個混凝土儲熱單元組合而成，單元結構包括換熱管、匹配及熱擴散結構、混凝土儲熱體及外部保溫層，標準截面上均勻布置用于熱交換的換熱管路，換熱管路與混凝土儲熱體之間通過兆陽專利技術的高導熱性能的匹配及熱擴散結構相連，在達到儲放過程換熱功率的同時，又能有效解決金屬管路與儲熱混凝土之間的漲縮尺寸匹配問題，從而實現該固體儲熱系統的長期安全可靠工作，具有低成本高性能的顯著優勢。

他表示，兆陽混凝土技術的主要特點如下：

（1）安全：混凝土性能穩定，無燃燒、爆炸、環境污染等風險，不存在鍋爐過燒、爆管的運行風險；

（2）基礎容量大：每一層混凝土可知性的溫度波動有限，大概在40℃、50℃，所以它在即使儲熱完成之后還有相當大的熱量儲存，可以作為啟動電源。

（3）原料樸素：原材料為水泥、沙、石等，來源廣泛，整體成本低；

（4）同時存取：多混凝土模塊可協調統一進行蒸汽熱量存/取工作；

（5）運行費用低：指泵、冷凝還有人員費用都比較低；

（6）模塊化：混凝土可模塊化預制生產，現場吊裝連管，縮短施工工期。

▲運行原理

上圖是李維展示的光熱電站級的流程圖。

李維表示，假如混凝土共27、28米高，其高度約十幾層，其溫度示意圖則如下所示。

“我們可以看到它像一個階梯式的，在儲熱過程整體溫度都在上升，取熱時整體都在下降，但是每個人的工作范圍都是有限的，所以我們稱之為‘基礎容量大’。其主要的材料是水泥、沙子、石子，來源廣泛，比較便宜。”

其施工過程如下圖。

▲施工過程

李維表示，兆陽儲熱混凝土的熱物性由專業機構使用進口高品質熱物性測試儀器進行測試，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。該性能指標混凝土的綜合成本較低，完全滿足光熱發電儲熱要求。

▲儲熱混凝土導熱系數測試結果

李維表示，兆陽的專利技術可有效解決高導熱性能及膨脹匹配問題，其做基礎研究時，在換熱管道外壁的翅片上做了很多的研究，仿真、測試。

測試結果如下圖，包括比熱容、導熱系數、密度、線膨脹系數、平均抗壓強度。

▲配方混凝土基本熱學性能指標

▲抗壓強度隨循環次數的變化曲線

李維表示，這其中有一個特別重要的性能即取熱和儲熱的性能，“我們稱它為單位長度換熱能力，例如混凝土的平均溫度與管道壁面溫差在10℃的情況下單位換熱性能是多少呢？我們設計是100 W/m，這是由很多密密麻麻的管道組成的整體儲熱能力，經過測試滿足我們的設計要求。這里面是考量了全部的縫隙、膨脹還有運行過程當中一些橫向上的裂縫。”綜合考量之后，結果如下圖。

▲單根管路儲熱、取熱測試

應用場景及案例分析

應用場景一：光熱電站

以兆陽張家口15MW光熱發電項目-720MWh混凝土固體儲熱項目為例，該項目鏡廠占地約85萬平米，鏡面面積38萬平米，儲熱介質：耐高溫混凝土，儲熱容量720MWh，長*寬*高：36m*27.5m*28m。

技術來源：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2018年建成項目一期18萬平米鏡面以及全容量儲熱體，進行了一系列性能測試及試運，測試結果滿足系統的設計要求，儲取熱性能滿足設計要求。

應用場景二：火電站的靈活性改造

李維表示“鍋爐產生的蒸汽全部進入汽輪機，部分蒸汽通過我們的儲熱系統進行儲熱，有一個模型：7.5MPa的蒸汽，500℃蒸汽進行存儲，輸出1.3MPa300℃，年需求量是18萬噸的蒸汽，我們整體設計的儲熱容量是460MWh，然后大概為1萬立方的混凝土，造價是5400萬元左右，單位體積造價是117元/kWh。”

應用場景三：電蓄熱向生產型企業供蒸汽

假定年需求蒸汽量為30000t，供汽時長24h，設備谷電蓄熱時長為8h，蒸汽參數：0.6MPa飽和蒸汽，根據以上設計參數計算固體電蓄熱設備，其主要參數如下所示：

應用場景四：電蓄熱向小區冬季供暖

據李維介紹，假設一個供暖建筑面積10萬㎡，熱負荷按照35W/㎡計算，需要容量是56MWh，整體是80m3的混凝土，造價477萬元，單位體積造價可達84元/kWh。

公司簡介

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。公司的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，并具備全產業鏈完整自主知識產權。

北京兆陽的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。

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、方案解決、光熱電站EPC服務及升級改造、調試運維等服務。