中國儲能網(wǎng)訊：讓太陽能全天候不間斷地為人類提供綠色電力，是人類長久以來的夢想。而今天，光熱發(fā)電熔鹽儲熱技術(shù)的應(yīng)用讓此成為現(xiàn)實(shí)。
熔鹽儲熱系統(tǒng)作為可實(shí)現(xiàn)太陽能光熱電站全天候持續(xù)發(fā)電的關(guān)鍵系統(tǒng)，正受到愈來愈多的關(guān)注。在這一技術(shù)逐漸在光熱發(fā)電中開始廣泛應(yīng)用時(shí)，我國的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)走入了記者的視野。日前，在北京工業(yè)大學(xué)傳熱強(qiáng)化與過程節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)特約記者隨同相關(guān)媒體專訪了這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)的帶頭人——馬重芳。
圖：北京工業(yè)大學(xué)教育部傳熱強(qiáng)化與過程節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室槽式聚光集熱傳熱儲熱工程試驗(yàn)?zāi)K
“逐日者”的夢想———24小時(shí)持續(xù)發(fā)電
2011年7月初，總裝機(jī)19.9兆瓦的西班牙Gemasolar太陽能光熱電站順利完成了為期1個(gè)月的試運(yùn)行，成功實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷發(fā)電，成為世界上首個(gè)能夠全天持續(xù)供電的商業(yè)化太陽能發(fā)電廠。
這被看做是全球太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域的里程碑，引起了國際產(chǎn)業(yè)界和政府層面的極大興趣。今年5月26日，全國人大常委會委員長吳邦國饒有興趣地考察了這座光熱電站。
實(shí)現(xiàn)太陽能24小時(shí)持續(xù)發(fā)電，是國內(nèi)外所有“逐日者”的夢想。
10年前，北京工業(yè)大學(xué)教育部傳熱強(qiáng)化與過程節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的馬重芳教授敏銳地看到太陽能光熱發(fā)電熔融鹽傳熱、儲熱技術(shù)的未來前景，力排眾議、毅然決然地率領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)投入到此項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)中來。10年后，該團(tuán)隊(duì)對此項(xiàng)技術(shù)的核心技術(shù)和系統(tǒng)把握能力已經(jīng)成熟，這將成為我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的熔融鹽傳熱、儲熱技術(shù)，將有望打破國際技術(shù)封鎖，為我國光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供堅(jiān)強(qiáng)支撐。
據(jù)該團(tuán)隊(duì)核心專家吳玉庭教授介紹，截至目前，使用大規(guī)模熔鹽儲熱的商業(yè)化運(yùn)行的太陽能光熱發(fā)電站已有12個(gè)，總裝機(jī)容量60萬千瓦，總?cè)埯}用量達(dá)32萬噸。另外在建的和計(jì)劃建的還有10座槽式、3座塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目總計(jì)104.9萬千瓦的電站采用熔鹽儲熱技術(shù)。采用熔融鹽儲熱已經(jīng)成為太陽能光熱發(fā)電的大趨勢。
正是基于全天索取太陽能電力的夢想，國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界展開了對儲熱技術(shù)的研發(fā)。據(jù)馬重芳介紹，目前全球真正掌握該項(xiàng)技術(shù)的機(jī)構(gòu)并不多，北京工業(yè)大學(xué)率先掌握了此項(xiàng)技術(shù)的核心知識產(chǎn)權(quán)，不僅在國內(nèi)領(lǐng)先，而且也獲得了國際的關(guān)注和高度認(rèn)可。
產(chǎn)業(yè)帶動性極強(qiáng)———應(yīng)力促光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化發(fā)展
在采訪中，作為光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的積極推動者，馬重芳多次強(qiáng)調(diào)光熱發(fā)電的諸多優(yōu)點(diǎn)，他表示，光熱發(fā)電是一種高品質(zhì)的清潔電力，采用儲熱技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)持續(xù)發(fā)電；對電網(wǎng)極其友好，不會對電網(wǎng)產(chǎn)生任何壓力，相反還能像抽水蓄能電站一樣具有一定的電網(wǎng)調(diào)節(jié)功能；同時(shí)，相對光伏產(chǎn)業(yè)來講，光伏電池生產(chǎn)過程中的高耗能、高污染在光熱發(fā)電中不會出現(xiàn)，光熱發(fā)電的產(chǎn)業(yè)鏈從頭到尾沒有任何污染環(huán)節(jié)，是真正綠色的清潔能源。
馬重芳今年已經(jīng)72歲了，記者驚詫于其青年人般的自信和學(xué)者型的淵博。他甚至從國家經(jīng)濟(jì)層面對記者分析了光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性重要地位。馬重芳表示，光熱發(fā)電極有可能成為可以替代房地產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)。我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展長期以來依賴于房地產(chǎn)經(jīng)濟(jì)，房地產(chǎn)占我國GDP的近10%，與房地產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)的鋼鐵、水泥、建材等產(chǎn)業(yè)無不受益于房地產(chǎn)行業(yè)。我國有6億多噸的鋼鐵年產(chǎn)量，列世界第一；水泥產(chǎn)量16億噸，居世界第一；平板玻璃產(chǎn)量占全球一半以上，同樣是世界第一。而如果沒有房地產(chǎn)業(yè)的需求拉動，這些產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)的問題可想而知。
但對房地產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的過度依賴是不健康的。我們需要找到更多的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)來推動我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展。而太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)作為一種產(chǎn)業(yè)輻射面很廣的產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)業(yè)帶動性不容小覷，光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)可以帶動玻璃、鋼材、水泥等諸多產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
當(dāng)前我國正在緊縮房地產(chǎn)市場，房地產(chǎn)經(jīng)濟(jì)放緩將迫使玻璃、鋼材、水泥等關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)尋求新的市場，如果我國的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到發(fā)展，勢必將對這些產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生利好，使其擺脫長期依賴房地產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的困局。
同時(shí)，針對我國的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，馬重芳向記者講述了他的擔(dān)憂：目前我國的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)還沒有形成一個(gè)較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈、核心技術(shù)還沒有被完全掌握、產(chǎn)業(yè)政策支持還不明朗，這些諸多因素決定了我國的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程還較為緩慢。在未來，我們應(yīng)從全產(chǎn)業(yè)鏈的角度考慮，扶持科研應(yīng)用、鼓勵更多企業(yè)進(jìn)入光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)，從而推動這個(gè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
打破技術(shù)封鎖———全力支持企業(yè)自主研發(fā)
馬重芳表示，我國擁有強(qiáng)大的制造業(yè)，可以迅速實(shí)現(xiàn)光熱發(fā)電設(shè)備的低成本制造，但我國目前還缺乏核心技術(shù)。而海外廠商又極度擔(dān)憂我國的低成本制造能力給其帶來的競爭，對相關(guān)核心技術(shù)實(shí)行嚴(yán)密封鎖。
而據(jù)記者了解，事實(shí)也的確如此，就拿光熱發(fā)電核心裝備之一的高溫真空集熱管來說，德國Schott公司擁有核心技術(shù)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，但其早已對其玻璃配方進(jìn)行保密，并設(shè)置了專利壁壘。
對此問題，馬重芳建議我國政府應(yīng)積極扶持國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)對核心技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。他樂觀地表示，光熱發(fā)電各種核心裝備，除了熔融鹽傳熱、儲熱技術(shù)最具創(chuàng)新性、電站系統(tǒng)集成最需實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)外，其他的各種技術(shù)都可以在傳統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)上改進(jìn)而來。如果政府層能給予這個(gè)產(chǎn)業(yè)一些實(shí)打?qū)嵉闹С?，相信我國很快就可以突破各種技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)光熱發(fā)電核心技術(shù)和裝備的完全國產(chǎn)化。而且最關(guān)鍵的是，我們的制造業(yè)優(yōu)勢顯而易見，可以迅速地把成本拉低，從而有望在國際市場上擁有競爭力。
突破核心技術(shù)———實(shí)現(xiàn)科研成果產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用
熔融鹽傳熱和儲熱系統(tǒng)是光熱發(fā)電最核心的技術(shù)。馬重芳對記者表示，做一個(gè)產(chǎn)業(yè)，最根本的就是對核心技術(shù)的把握。經(jīng)過10年來的研發(fā)，我們已經(jīng)完全掌握了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的熔鹽傳熱、儲熱技術(shù)。
據(jù)記者了解，馬重芳帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)通過10年來的研究，搭建了我國第一個(gè)熔鹽管內(nèi)對流傳熱試驗(yàn)平臺，通過對120種多元混合熔鹽的配比選型和測試，成功解決了一系列技術(shù)難題，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了幾千小時(shí)的成功運(yùn)行試驗(yàn)和上百次的啟動—運(yùn)行—停止循環(huán)。
馬重芳表示，熔融鹽儲熱系統(tǒng)已經(jīng)在國外不少電站中得到了實(shí)際應(yīng)用，但熔融鹽作為傳熱介質(zhì)的實(shí)際商業(yè)化電站只有西班牙的Gemasolar電站。相對于當(dāng)前常用的傳熱介質(zhì)導(dǎo)熱油，熔融鹽傳熱介質(zhì)具有價(jià)格低、安全可靠、傳熱性能好、系統(tǒng)壓力小、無污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，是最理想的傳熱工質(zhì)?；隈R重芳團(tuán)隊(duì)的研究成果，我國在這方面的研究已經(jīng)處于領(lǐng)先地位。
馬重芳團(tuán)隊(duì)就熔鹽傳熱儲熱方面的相關(guān)研究已發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)論文，得到了國際科研機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注。在馬重芳的辦公室里，記者看到了幾篇學(xué)術(shù)論文。據(jù)馬重芳介紹，這些都是國際權(quán)威的學(xué)術(shù)論文對其研究成果的引用。美國愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表的《液態(tài)熔鹽的熱物理與熱化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)庫》和《熔融鹽強(qiáng)迫對流換熱試驗(yàn)回路的概念設(shè)計(jì)》兩個(gè)科技報(bào)告中都大篇幅直接引用了馬重芳團(tuán)隊(duì)的研究成果，在這兩個(gè)報(bào)告中推薦了6個(gè)公式，6幅數(shù)據(jù)圖均來自馬重芳團(tuán)隊(duì)的研究成果。這代表了國際權(quán)威學(xué)術(shù)界對馬重芳團(tuán)隊(duì)研究成果的認(rèn)可。
馬重芳團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)研發(fā)了12米長的槽式聚光系統(tǒng)，在北京工業(yè)大學(xué)建成了一個(gè)槽式聚光集熱傳熱蓄熱工程試驗(yàn)?zāi)K，并已用自主研制的低熔點(diǎn)熔鹽代替導(dǎo)熱油在該工程試驗(yàn)?zāi)K中進(jìn)行了上千小時(shí)的循環(huán)運(yùn)行工程試驗(yàn)，掌握了槽式聚光熔鹽傳熱蓄熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行技術(shù)。
“我們正在與相關(guān)投資方接洽，計(jì)劃做一個(gè)10兆瓦的光熱電站，采用我們自有的熔鹽傳熱儲熱技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化示范?！瘪R重芳信心滿滿地表示，如果這個(gè)項(xiàng)目能夠順利完成，將對我國光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
馬重芳團(tuán)隊(duì)對我國光熱發(fā)電的前景十分樂觀。對于國家能源局此前發(fā)布的規(guī)劃目標(biāo)，他們雖然認(rèn)為2015年實(shí)現(xiàn)裝機(jī)1吉瓦的目標(biāo)存在難度，但對2020年3吉瓦的規(guī)劃目標(biāo)表示樂觀。
這或多或少源于馬重芳團(tuán)隊(duì)對自有技術(shù)產(chǎn)業(yè)化能力的信心。馬重芳認(rèn)為，科研成果最終要產(chǎn)業(yè)化，才能體現(xiàn)科研人員的價(jià)值。在光熱發(fā)電的相關(guān)科研上，馬重芳團(tuán)隊(duì)注重科研成果的實(shí)際應(yīng)用，外聘了10來名有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)的工程師為其科研實(shí)踐提供支持，并積極整合各方資源，推動其示范電站項(xiàng)目的進(jìn)程。
馬重芳這樣形容科研的最終歸宿，科研與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)該形成一個(gè)閉環(huán)循環(huán)。投入資金進(jìn)行科研，科研完成后要具備產(chǎn)業(yè)化的能力，從而產(chǎn)出更多的資金，再拿這些“生”出來的資金投入更先進(jìn)的技術(shù)研發(fā)。而不是拿了國家的錢來搞科研，搞到最后才發(fā)現(xiàn)根本就沒有產(chǎn)業(yè)化的可能，導(dǎo)致科研僅僅停留在理論階段。
或許正是在他這種以科研產(chǎn)業(yè)化為根本目標(biāo)的思想指引下，馬重芳率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)突破了光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈最核心的傳熱、儲熱系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)。在未來，我們有希望看到，在我國的光熱發(fā)電站上，馬重芳團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)設(shè)計(jì)的傳熱、儲熱系統(tǒng)將穩(wěn)定運(yùn)行。
