一文读懂光热发电行业认可度最高的储热介质：熔盐

熔盐是优良的传热储能介质，在建筑供暖、谷电制热、风电消纳等方面都具有一定的应用前景。由于其具有较高的使用温度、高热稳定性、高比热容、高对流传热系数、低粘度、低饱和蒸汽压、低价格等“四高三低”的优势，成为目前光热发电领域中认可度最高的传储热介质之一。

一文读懂光热发电行业认可度最高的储热介质：熔盐

太阳能热发电技术从上世纪八十年代发展至今，对充当其传热介质的材料进行了多样化的尝试，包括水和蒸汽、空气、液态金属、导热油及熔盐等。随着光热发电技术的革新，所需要的传热介质使用温度愈来愈高，要求的传热能力也愈来愈强。

熔盐是优良的传热储能介质，在建筑供暖、谷电制热、风电消纳等方面都具有一定的应用前景。由于其具有较高的使用温度、高热稳定性、高比热容、高对流传热系数、低粘度、低饱和蒸汽压、低价格等“四高三低”的优势，成为目前光热发电领域中认可度最高的传储热介质之一。

据统计，在首批的20个光热发电示范项目中，18个采用熔盐储能。已备案新增92个光热发电站清单中，86个采用熔盐储能。然而，光热电站中所使用的熔盐在品质与价格方面都与常见农用化肥（硝酸钾和硝酸钠为常见的化肥原料）有较大差别，同时熔盐在生产与使用过程中因自身特性导致的一系列问题已成为业内关注的重点。

目前，首批示范项目建设的陆续展开也将对熔盐产品开展集中式采购。本文将从熔盐品质界定入手，针对熔盐的不同生产方式、腐蚀问题、首批示范项目采购标准、槽式与塔式项目对熔盐的不同要求以及低熔点熔盐未来发展形势等方面进行了深入的分析与解答，以为示范项目熔盐采购提供一些参考。

熔盐品质好坏如何界定？

根据应用领域的要求不同，所使用的熔盐产品亦有所区别。常见的光热熔盐品种有二元盐（40%KNO3+60%NaNO3）、三元盐（53%KNO3+7%NaNO3+40%NaNO2）和低熔点熔盐产品等。对于光热发电而言，二元熔盐的应用较为广泛及成熟。

据CSPPLAZA记者了解，以使用二元熔盐为例，槽式电站的使用量约是塔式电站的2.5倍左右。对于50MW、配置8小时储能的塔式电站，熔盐需求量约为1.2万吨，对于50MW、配置8小时储能的槽式电站，熔盐需求量约为3万吨。然而，在光热电站对熔盐需求量如此之高的情况下，中国当前对光热电站所使用熔盐的测试方法、测试项目、组分指标的要求尚没有统一的衡量标准，容易导致熔盐市场鱼龙混杂，以次充好。

熔盐通过选取不同类别的单体原材料（单晶盐），严格按照一定比例复配形成性能稳定的混合共晶盐。在熔盐所选用的单晶盐中，若杂质离子（如氯离子、硫酸根离子、铵根离子、碳酸根离子等）含量不能严格把关，将会导致最终的产品性能大打折扣，从而影响储换热效率，严重时可能腐蚀设备管道造成熔盐泄露事故，或者堵塞管道导致电站瘫痪。因此，杂质含量是评判熔盐品质的重要指标，高品质的熔盐产品才能更好地对电站安全性负责。

深圳市爱能森科技有限公司（以下简称爱能森）首席专家曾智勇向CSPPLAZA记者介绍，现阶段，高纯度的熔盐制备仍有较大难度，需要特定工艺去除杂质离子。因此，在选择产品供应商时，可从以下几个方面来界定产品品质：

（1）产品主成分含量及其它杂质离子含量，可通过产品的组分检测来实现界定。研究发现，纯度高的产品较之低纯度产品的熔点可降低3℃以上，上限分解温度提高13℃左右，同时粘度及腐蚀性也可大大降低，劣化分解形成沉淀使设备结垢的风险随之降低。

（2）产品含水量，即干燥程度。含水量的高低将会影响储热能力和采购成本。

（3）产品的复配均匀度，这与复配的工艺及精细度有关。可从产品的色泽、颗粒均匀度粗略判断，再通过产品的性能测试进一步判断，如熔点、上限使用温度、粘度、导热、密度等参数。

除上述各项成分含量以及性能检测外，熔盐在光热电站实际应用过程中性能的良好发挥才是熔盐产品高品质的最有力证明。因此，百吉瑞（天津）新能源有限公司（以下简称百吉瑞）副总经理刘斌认为，熔盐质量好坏以是否能够满足光热电站熔盐相关系统和设备25年以上安全、稳定、高效运行为准，主要分为两方面：

（1）熔盐本身做为蓄热工质的质量保证。主要要求熔盐在长期使用过程中物理化学性能保持稳定，比重、比热、粘度等各项热物性参数变化小，挥发量小。

（2）熔盐对过流部件及设备的影响。主要包括熔盐罐、熔盐泵、熔盐管路、阀门、接触式测试设备、熔盐吸热器、熔盐-导热油换热器、熔盐-水工质预热器、蒸发、过热和再热器等熔盐流经设备的腐蚀、形变和热应力破坏等影响，需要保证这些设备在设计使用寿命内的正常工作。

现场混合熔化VS直产混合熔盐，孰优孰劣？

通常情况下，熔盐供应可采用现场混合熔化或者直接供应混合熔盐的方式。硝酸钾和硝酸钠早期主要应用于工业及农业，对产品品质要求相对光热发电领域较低。市场上的供应商以单体为主，基本没有复合熔盐的供应商。所以，早期国外的光热电站建设时，大多直接选购硝酸钾和硝酸钠，再进行现场复配。但进入光热电站系统的最终熔盐产品不是硝酸钾单体、也不是硝酸钠单体，而是二者按照一定比例复配后形成的混合共晶盐。CSPPLAZA记者根据受访各方反馈总结了两种方式的优缺点。

在实际情况中，可对上述两种情况作出相应的取舍。例如，江西金利达钾业有限责任公司（以下简称金利达钾业）总经理田野建议参考供应厂商和项目地理位置综合考虑，如硝酸钾和硝酸钠生产厂家较近，可保证两种原料连续供货，则可采用现场混盐的方式；如硝酸钾和硝酸钠生产厂家较远，可采用直接供应混合熔盐的方式。

腐蚀问题究竟有多严重？

“储热熔盐中硝酸钾和硝酸钠的氯离子和硫酸根离子尤其需要注意，它好比人类血管中的胆固醇，轻则造成堵塞，重则危及安全，尤其高温条件下氯离子对设备的腐蚀性更是成几何倍数增加，严重影响着生产安全和运行寿命。”金利达钾业田野如是表示。

通常而言，熔盐的腐蚀性会对熔盐罐、熔盐泵、熔盐电加热器、罐体内测试元件、熔盐管路、阀门、熔盐吸热器、连接软管、法兰等产生一定的化学腐蚀或者应力腐蚀，由于熔盐使用过程中极大的温差变化而造成的应力腐蚀可以导致熔盐罐焊缝破裂。

新疆硝石钾肥有限公司（以下简称新疆硝石）销售副经理辛玲表示，熔盐的腐蚀性主要是对接触到熔盐的设备产生腐蚀。其腐蚀机理较为复杂，有晶间腐蚀（局部腐蚀的一种）、点腐蚀等形式。腐蚀产生的原因也较多，包括对材质的选择、施工工艺、生产管理等多个方面。

金利达钾业田野补充道：“据有关资料显示，在同种材质条件下，高温中氯离子每增高10PPM将增加腐蚀性8-12%，超过界限值将大大减少设计寿命。降低熔盐对储热设备的腐蚀问题，就需要采用低氯低硫的熔盐产品。”

针对降低腐蚀可采取的措施，爱能森曾智勇分享了以下几点：

（1）提高熔盐产品的品质，尤其是降低易引起腐蚀的氯离子、硫酸根离子等，降低易沉积、结垢的杂质离子等。

（2）选用合适的具有较强抗腐蚀性的材料制作设备，并且在设备制造和使用之前对设备进行防腐蚀处理。

（3）运行过程中，做好温度监测，避免局部过热使熔盐劣化变质而加剧对设备的腐蚀。

（4）对于有些熔盐产品，还需要使用惰性气体进行保护。

首批示范项目业主采购熔盐应重点关注哪些因素？

（1）确保采购产品质量

熔盐的品质决定着储能系统能否安全运行，是整个储能系统的核心。首批示范项目是国家重点支持的光热项目，项目一定要确保质量第一，因此项目所使用的材料必须严格把控质量，在采购熔盐时应当考虑熔盐供应商的实力，其生产能力能否满足供货要求，产品品质能否达到光热应用要求。

对此，新疆硝石辛玲提出了4个参考点：1）企业生产规模，经营状况，资金保障能力，是否专业；2）企业产品和生产的稳定性，安全性及环保特性；3）企业产品是否符合熔盐技术指标；4）企业的项目供货经验、应用案例等。

（2）保障安全性

2016年10月和2017年初，国际上投入商业化运行的两个塔式熔盐电站新月沙丘与Gemasolar电站相继曝出熔盐泄露事故，除了修复费用带来的经济损失外，因事故导致的电站停运而带来的售电收入损失更是巨大，给整个光热发电行业敲响了警钟。因此，熔盐的安全管理至关重要，绝不可轻视。

对此，爱能森曾智勇建议业主方应凭相关的许可证件或者证明文件向具有危险化学品资质（具有危险化学品安全生产许可证/危险化学品经营许可证）的供应商购买熔盐相关产品。同时，熔盐不可储存于露天环境，应储存于符合GB50016-2014建筑设计防火规范中规定的甲类仓库要求，每个仓库的最大允许占地面积为750平方米。对于业主方而言，要满足3万吨熔盐的储存，至少需要12个750平方米的甲类仓库。业主方可预先将熔盐储存于离电站距离较近的供应商处或者另外租赁甲类仓库，可减少一次性固定投资，减少储存过程中的安全风险，确保电站安全投产。

（3）控制采购成本

熔盐价格在一定程度上可反映产品质量，然而熔盐市场价格波动主要还是受需求量的变化而变化，环保要求的日益严格将会导致环保方面的投资增加，从而增加生产成本。因此，金利达钾业田野认为，成本控制需要通过采购单位提出更准确的采购标准来控制熔盐采购成本，不同标准的熔盐产品价格相差较大，熔盐企业可提供多种质量标准的熔盐供客户选择。

百吉瑞刘斌建议直接采购混合熔盐，或者寻求第三方专业熔盐服务企业提供两种熔盐、混配、熔化、罐体预热以及熔盐全部使用周期内的质量保证。

（4）合理安排采购时间

“因为储热熔盐仅是硝酸钾和硝酸钠作为工业原料使用的领域之一，并非所有的产能都集中在光热发电领域，例如烟花、光玻强化等领域同样有极大的需求量，光热储能熔盐采购一般需求量大，要求的供货周期短且利润较低。在采购集中爆发期，可能会出现供应不足的情况，需要各采购单位提前沟通、订货。”金利达钾业田野认为首批示范项目需提前采购，以保证项目的顺利推进。

槽、塔项目的运行温度差异对熔盐产品的要求有何不同？

目前塔式光热电站熔盐的工作温度一般在550℃以上，而槽式光热电站一般不超过400℃，受访企业普遍认为虽然塔式电站更高的运行温度会导致熔盐挥发量高于槽式电站，但光热电站中熔盐使用寿命基本与电站同步，一般在25年至30年左右，运行过程中会损耗部分熔盐，需定时补充。超过使用寿命的熔盐可由熔盐生产企业经冷却凝固后作为化工原料再次提纯使用。

然而运行温度的差异是否会对熔盐的性能产生影响？这种差异的存在对熔盐产品的具体要求又有何不同？部分受访企业根据自身经验，提出了各自的看法。

百吉瑞刘斌介绍道，首先，由于熔盐中许多气体杂质只有在500℃以上才会出现，因此在杂质要求上，槽式电站熔盐使用的要求更低，比如碱金属Mg离子，400℃以下不会产生沉积，不需要特别考虑，而在塔式电站上就必须限制Mg离子含量；再次，除了温度，还与使用的方式有关，比如鑫能项目是二次反射塔式系统，集热器置于地面，太阳光直接照射熔盐完成吸热，这样使用的熔盐，对其指标又有完全不同的新要求。

金利达钾业田野则建议，塔式电站运行温度相对较高，可选择沸点较高的熔盐作为主要的选型方案之一，而槽式电站运行温度相对较低，更适合使用低熔点熔盐产品。

“对于塔式光热电站来讲，熔盐的运行温度相对槽式更高，所以塔式光热电站对于熔盐的热稳定性、上限使用温度、保温措施、设备材质、应对腐蚀及应力的要求相对更高。电站方在采购熔盐产品时，对产品品质应严格把关，确保满足电站需求。”爱能森曾智勇如是表示。低熔点熔盐将成发展趋势？

目前光热电站中二元盐应用较多，也更为成熟，但其凝固点较高、引起系统冻堵风险较大的特性对光热系统的保温和精细化控制都提出了较高的要求，许多企业和研究机构都在研究一些可能更适合光热发电系统的熔盐产品，其中低熔点熔盐逐渐成为热点。

金利达钾业田野认为，目前主流的熔盐产品研究方向在于扩大储热空间或增加沸点和凝固点之间的温度差,但是部分低温熔盐在降低熔点的同时，沸点也在降低，储热空间维持在300-400摄氏度左右。就目前熔盐开发技术而言，尚未开发出熔点较低、沸点较高的熔盐产品，这将是各熔盐生产企业研究的主要方向之一。

爱能森曾智勇则认为，低熔点熔盐相对传统二元熔盐，熔点较低，对系统的保温要求没有那么苛刻，在使用中可有效降低管道冻堵风险，降低塔式储热系统在恶劣环境下对设备和保温的苛刻要求，提升系统的环境适应性，提高储热系统的安全性及经济性；更重要的是带来技术性变革：低熔点熔盐产品可替代槽式及线性菲涅尔系统中的导热油，做传热、储热双重功能，无需热交换，热损小；提升系统上限温度，从而提升槽式的系统效率。此外，爱能森研发的新型低熔点熔盐已成功应用于宿迁光电科技中心，成为全球首个采用多元低熔点熔盐储能项目。自2016年12月成功并网发电以来，该系统截止目前运行正常，验证了低熔点熔盐在光热领域应用的可行性。

百吉瑞刘斌则表示，采用低熔点熔盐可有效防止熔盐冻堵问题的出现。首先，低熔点熔盐的熔点较低，就拿熔点为116℃的低熔点熔盐而言，其熔点较二元熔盐低100℃左右，这本身就大大降低了熔盐冻堵的风险。其次，熔盐冻堵一般发生在夜间没有阳光照射的情况下，因夜间集热管和罐壁的辐射散热损失与温度的四次方成比例，采用低熔点熔盐大大降低了夜间的散热损失，使熔盐降温速度明显下降。除此之外，采用低熔点熔盐后防凝泵的功率大幅度下降，对伴热及电加热设备的要求也大大降低，因此，百吉瑞刘斌认为采用低熔点熔盐不仅降低了熔盐冻堵的风险，还使夜间防凝运维费用大幅度降低，在电站全生命周期内带来可观收益。（文章来源 CSPPLAZA）