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熔盐槽式集热器柔性连接测试取得突破

2020.07.24 来自:CSPFocus光略咨询

点击获取英文PPT:Flexible-Hose-Interconnect-Testing-for-Parabolic-Troughs-with-Nitrate-Salt.pdf



槽式和塔式是目前光热技术的两种主要形式,两者面临的共同难题之一是如何兼顾可融资性和电站效率。
 
槽式光热电站通常被认为更容易获得融资,而塔式光热电站则运行效率更高槽式技术比塔式技术要早十年左右,并且已经建立了成熟的供应链,使其更具可融资性,从而降低了建造成本。然而,槽式通常使用油作为导热流体,工作温度低于400℃,这降低了工作效率。
 
许多塔式电站使用熔盐作为导热流体,可以在高达565°C的温度下运行。这样一来,在高温和所谓的“低温”(290°C)之间可以有更大的工作范围,使塔式电站的效率更高。但是,由于塔式技术相对项目数量较少,技术成熟度尚未得到充分证实,所以融资更加困难。
 
那么,如果像更高效的塔式电站那样,在更具可融资性的槽式技术里用熔盐来做导热流体,是否可以兼得效率和可融资性?
 
槽式熔盐的优势
 
一个国际测试团队(包括美国国家可再生能源实验室(NREL))正在测试一些新颖的解决方案,以应对这项工作必须克服的挑战。SolarDynamics公司的Ryan Shininger参与了该项目,他说:“与油相比,熔盐的工作温度更高,熔盐槽式电站的效率在高温下可以获得大幅提升,绝对具有非常大的成本优势。”他描述了在槽式电站中使用熔融盐的工程挑战。

塔式电站通过反射的阳光加热塔顶上的单个焦点,在单塔内循环导热流体;槽式电站必须通过几英里直径几英寸的小管道将其导热流体循环(通常是90毫米)。并且,不同的构造导致熔盐槽式容易产生各种机械问题。
 
Shininger指出:“抛物线槽必须旋转,因此管道也必须旋转。它必须具有某种运动方式,因此槽式集热器将需要某种形式的可旋转接头来连接各个集热器。要做到这点有不同的方法。当导热流体是油时,它们可以是球形接头和套筒接头,因为它可以使管道旋转。”


但是,与油不同的是,熔融盐极易通过各种可能的途径泄漏。因此,球形接头是不切实际的。
 
设计更好的连接方式
 
软管是过去使用的另一种连接解决方案。柔性软管可以使集热器旋转并让熔盐通过,并且在过去的一两年中进行了许多试验来进行测试。
 
Shininger说:“柔性软管的优势在于,除非它本身发生故障,否则熔盐没有其他途径泄漏。”但是各种类型的柔性软管配置均未通过机械完整性测试。“集热器柔性连接装置一直是熔盐槽式技术中的致命弱点,问题出在机械完整性方面。”
 
现在,SolarDynamics已对Senior Flexonics GmbH公司的新设计进行了独立测试,该设计采用新的工作方式,并且没有机械疲劳,具有创纪录的机械寿命。该解决方案将每个软管的弯曲量限制在90度以下,并且只能在一个方向上弯曲。


测试结果超出预期
 
之前目标是完成加速循环测试,以证明至少10年的机械寿命(3,650个循环),并且该性能超出了该目标。在模拟回路入口处,在305°C和31.5帕下能够完成10,200个循环,相当于超过28年的寿命,之后发生泄漏。在模拟回路出口处,该测试在550°C和14.0 帕下经受了11,440次循环,可历时30年以上,没有任何故障。


Shininger说:“因此,这对我们来说是一个非常令人兴奋的测试,我们已经证明这些柔性软管可以胜任。经过我们测试,柔性软管设计已被证明是一种非常可靠的设计,具有能够在30年的机械寿命中正常工作的机械完整性。
 
然而,小型室内实验室规模的测试有其局限性。为了获得真实的结果,下一步是在室外测试此方法,该方法将在实际项目的,在相同的环境天气条件下经受每天的温度和压力循环以及应力腐蚀开裂测试。为此,他们将在科罗拉多州的SolarTAC测试现场安装SolarDynamics槽式集热器。槽式集热器的长度为21 m,开口为8.2 m。SolarDynamics预计将在2020年底之前出具测试结果。


第二个挑战:熔盐化冻
 
与油不同,熔融盐在238°C下开始凝固,此时它们开始结晶。这在集热槽中是一个问题,因为直径为90 mm的小型管道中的导热流体必须将热量从整个太阳能场带回相当大的距离,再返回到常规岛。
 
Shininger说:“如何阻止这种狭窄管道中的盐凝固是另一个挑战。在电站30年寿命中的某个时刻,无论是大面积还是局部,都容易发生熔盐凝固事件。我们所采取的方法必须能够从中恢复并继续运行。我们旨在证明如果熔盐凝固,我们也可以恢复电站运行且不会造成重大损失。
 
我们采用一种往集热管注入热量的办法。因此,SolarDynamics提出了移动电加热器的概念。如果发生凝固事件,可以移动该设备并挂在需要疏通管道的地方。这个概念将提升熔盐槽式技术的可融资性,因为大家都非常关注熔盐槽式电站中熔盐凝固的问题。
 
移动电加热器加热熔盐管道的方式是将管道本身作为电阻元件。当电流通过管道时,它会加热,并通过管道分配热量。光热电站里可以让若干台移动电加热器同时在光场的不同地方工作,这样它就可以在相对较短的时间内疏通整个光场。这些移动设备甚至可以由外部承包商拥有并运营,以服务于多个光热电站。

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