研究 | 探索熔盐低成本发展路径
发布者:admin | 来源:山西常晟新能源科技 | 0评论 | 2299查看 | 2021-12-24 16:08:30    

——熔盐新材料“金融+”回收循环利用,助力储能新业态高质量发展


熔融盐作为近年伴随着光热发电储热技术的发展应用,越来越被能源领域熟知和认可,结合“碳达峰、碳中和”生态绿色低碳发展的需要,新能源的发展迈入快车道,熔盐储能作为高安全、大容量、低成本、高可靠、长寿命、易回收的新型储能技术形式,正在逐步被电力系统中“源、网、荷、储”各环节所采纳应用。


目前在太阳能光热发电领域应用最广泛成熟的熔盐材料,即被称作太阳盐的二元盐,二元盐由质量比为硝酸钠60%(NaNO3)和硝酸钾40%(KNO3)组成,熔盐的工作温度可达600℃。


在化工领域应用最广泛的熔盐材料主要是三元盐,常规三元盐由质量比为硝酸钾53%(KNO3)+亚硝酸钠40%(NaNO2)+硝酸钠7%(NaNO3)组成,熔盐的工作温度可达425℃。


国际上成熟的工业领域应用低熔点(HitecXL)三元盐成本更低,由质量比为硝酸钾45%(KNO3)+硝酸钙48%(CaNO3)+硝酸钠7%(NaNO3)组成,针对槽式导热、工业蒸汽应用、火电厂调峰熔盐储能是最佳的技术形式。


针对国内从目前的应用情况来看,首批太阳能光热发电项目二元盐应用总量达到14.63GWh,系统设计配置比较完备,相关企业专家介绍熔盐材料在运行一段时间后,性能越来越稳定,系统设计氮封装置保护,但随着化工原材料的不断上涨,和储能材料成本下降的趋势出现矛盾。


针对化工领域或者工业熔盐锅炉来看,针对目前国内应用的三元盐来说,问题就会比较多,很多客户反馈每年都需要进行补充部分熔盐,且极易出现煮盐过程中熔盐气泡并存现象,结合相关项目情况,目前导致的主要因素为,熔盐核心材料的纯度不能满足熔盐的运行需要是最大的主要因素,系统的设计配方的精准控制,使用过程中的超温挥发导致熔盐材料的配比发生诸多变化,算是综合诸多因素的影响,如何有效避免和解决相关问题,是需要更多专业核心材料提供商从材料的质量纯度入手,更需要核心技术提供方从化盐到系统的运行温度管控,氮封或者其他保护措施的加强等因素协同解决一系列问题。


运行中的材料性能配比检测,补充原材料的配比合理性都是需要专业公司来协助用户解决的途径,并非是简单的按照原始配比进行补充,更需要系统设计避免超温的现象发生,加热炉的优化设计也是为这类市场发展必须要保障的有效措施。


接下来我们一起探讨如何保障熔盐储能系统的稳定发展保障,以目前和未来发展最具前景的二元盐为例。


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其中硝酸钠是一种无机物,化学式为NaNO3,分子量84.99,吸湿性无色透明三角系晶体,加热至380℃时分解,极易溶于水、液氨,能溶于甲醇和乙醇,极微溶于丙酮,微溶于甘油,溶于水时吸热,溶液变冷,水溶液为中性。


硝酸钾是一种无机化合物,俗称火硝或土硝,化学式为KNO3,是钾的硝酸盐,为无色透明斜方晶体或菱形晶体或白色粉末,无臭、无毒,有咸味和清凉感;在空气中吸湿微小,不易结块,易溶于水,能溶于液氨和甘油,不溶于无水乙醇和乙醚。


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硝酸钾是一种无氯氮钾复肥,具有高溶解性,其有效成分氮和钾均能迅速被作物吸收,无化学物质残留。


参考熔盐(二元盐)物性参数如下:


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目前熔盐储能新材料的性能指标要求,为产品的稳定应用提供了强有力的性能保障,影响熔盐腐蚀关键的核心因素主要是硝酸钾中的氯离子、镁离子、硫酸盐等杂质的含量影响产品的性能和稳定性,和对储罐、管道、阀门、泵等材质的腐蚀速率影响极大,如果控制好产品的质量稳定是至关重要的保障条件。


以下为光热电站对熔盐储能材料硝酸钾产品的技术要求参数。


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国内高纯硝酸钾产品制造商,隶属于山西常晟新能源集团的两家子公司山西沃锦新材料、交城并盛化工产品指标参数都远远超出国际先进企业水平,实现熔盐储热核心原材料产品的进口替代。先进技术工艺制造出优质的产品质量,是满足光热发电领域熔盐储能的必备条件。


我国目前硝酸钾生产工艺,硝酸钾生产方法有传统的转化法、硝酸分解氯化钾法和离子交换法等多种工艺。让我们探究一下,沃锦新材料是如何利用先进技术工艺,满足高纯产品指标的保障。公司均采用连续式离子交换法生产硝酸钾,为了克服固定床离子交换技术存在的这些“浓度脉冲”现象,美国先进分离技术公司(Advanced Separation TechnologiesInc,简称AST)开发了连续式离子交换技术,并称作为ISEP。


采用氯化钾和硝酸(或硝酸铵)熔盐在ISEP的连续式离子交换中通过强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂为交换剂,它是在苯乙烯-二乙烯共聚基体带有磺酸基的离子交换树脂,它具有交换容量高、交换速度快、机械强度好等特点。


交换树脂是利用将其自身所带的某种离子和电解质溶液同类型的离子互相交换的原理,实现离子交换,发生吸附和洗脱反应,副产物氯化钡可以循环再利用。此种工艺的采用循环洗脱杂质的方法,能够一次性得到高纯度硝酸钾产品,也是目前为止,高品质高纯度硝酸钾制造工艺最佳的解决工艺技术。


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表:国内首批光热发电示范项目案例


公司累计提供首批光热发电项目高纯度硝酸钾产品70%以上份额,直接提供中电工程哈密50MW项目、首航节能敦煌100MW项目、鲁能格尔木50MW项目、中船乌拉特中旗100MW项目等、兰州大成敦煌50MW项目(属于OEM供货)熔盐新材料产品供货。


山西沃锦新材料股份有限公司同交城并盛化工有限公司都隶属于山西常晟新能源集团公司,是专业的高纯度熔盐核心材料提供商,依托先进离子交换工艺,制造优质产品应用到首批光热发电示范项目上面,作为“新能源+储能”应用技术的核心原材料制造商,两家公司同时入选山西省2021年“专精特新”中小企业名录,并盛化工更选入山西省2021年“专精特新小巨人”企业名录,作为储能新材料新业态新发展模式创新的代表,研究开发更高纯度熔盐新材料产品,应用到更高工业领域,化学钢化玻璃硝酸钾产品制造供应行列,实现沃锦新材料、并盛化工双品牌高质量发展新领域。


科技创新支撑企业向更高品质迈进的同时,公司也在研究开发熔盐储能新材料二元盐,硝酸钾、硝酸钠一次成型制造技术工艺,目前已经完成产品工艺打通,完成小批量试制阶段,预计在不久的将来,公司依托不断创新进取的创新技术思维,能够提供更低成本的高品质熔盐系列产品。


公司的创新不仅仅是仅靠产品一条主线,基于“双控、双碳”背景下的构建低碳能源体系大背景下,结合构建以新能源为主体的新型电力系统发展进程中,山西沃锦新材料在国内率先提出,从熔盐储能新材料的提供商,到熔盐储能新材料的综合利用回收商跃升,在保证自己产品的稳定供货,并时刻关注客户的熔盐使用状态,结合储能项目的生命周期筹划回收熔盐产品的循环再利用模式。


为落实2030年前碳达峰行动方案技术的跨界应用,推进熔盐储能供热和发电示范应用,提供核心材料的全生命周期和循环回收延续利用价值,为项目的一次性投资降低成本,充分利用金融工具的搭配,降低材料的成本同时发掘产品残值的最高价值。支撑山西常晟新能源集团公司的熔盐储能供热和发电跨界应用,提供核心原材料的最低成本保障。


山西沃锦新材料熔融盐、并盛化工钾天下“双品牌”愿意与大家一起,为太阳能光热发电领域、熔盐储能工业领域及燃煤机组熔盐储能改造领域,提供最优质的熔盐新材料支撑保障服务,并共同探索通过“金融工具助力”、“熔盐材料回收”等多种创新模式,来共同快速降低熔盐储能材料的成本下降50%的目标努力,共同一起推动快速下降熔盐材料成本策略。


注:本文由山西常晟新能源科技王工(13810518839)供稿,欢迎行业朋友联系交流。

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