光热发电，这个听起来带着科技感的词汇，正悄然改写着能源格局。6月7日，在由国家太阳能光热产业技术创新战略联盟主办，湖州工业控制技术研究院、浙江绿储科技有限公司和中关村新源太阳能热利用技术服务中心承办的第十五届太阳能热利用科学技术研究生论坛上，深耕该领域四十余年的湖州工控院院长、浙江可胜技术股份有限公司董事长兼首席科学家、绿储科技董事长金建祥研究员，这位将实验室技术推向产业化的“热能魔术师”作了题为《应用于光热发电的新型熔盐及熔盐储换热系统技术研究》的导师特邀报告，报告中的研究成果来源于可胜技术、绿储科技以及北京工业大学等单位。
当熔盐成为“阳光蓄电池”
金建祥在报告中表示，光热发电系统由聚光系统、集热系统、储换热系统、发电系统构成，其中，储换热系统投资约占电站总投资的20%，是仅次于聚光系统的第二大系统，成本下降空间较大。
在光热发电领域，往往采用二元熔盐（60%NaNO₃-40%KNO₃）作为储/传热介质，这种材料在业内被称为太阳盐，熔点约242℃（本报告所述熔点，均以完全熔化的状态作为测量标准），分解温度约609℃，工作温度区间通常为290℃-565℃。现阶段，熔盐材料的优化方向主要有低熔点、高分解温度、高储热密度、低腐蚀、高稳定性、低成本等。
金建祥团队研发的“煜日Ⅰ号”新型高温熔盐，各项数据优于太阳盐，较太阳能盐成本下降10%以上。
该报告用一组对比数据说明，新型熔盐熔点223.5℃，比太阳盐低近20℃，分解温度却提高到 660.8℃，在 600℃高温下持续运行1200小时几乎不分解。储热温区的扩大，使得单位质量材料可储存的能量大大提升，即储热密度显著提高。在腐蚀性测试中，600℃环境中，347H合金接触“煜日Ⅰ号”的腐蚀速率低于0.001mm/年，仅为太阳盐的1/25。
金建祥表示，熔点降低意味着更少的伴热能耗，分解温度提高能让储热温差扩大50℃以上，储热密度直接提升20%。用这种熔盐建100MW光热电站，熔盐材料成本就能省1500万以上。而目前我国光热发电在建项目众多，均采用熔盐储能，储能时长普遍在8小时及以上，总计储能量达十吉瓦时级。
除了熔盐配方的优化外，在熔盐中添加纳米颗粒成为提升熔盐材料优化的另一种方式，这种方式可以改善熔盐的传热储热性能，尤其可以显著提升比热，从而提升材料能量密度，减少材料用量。纳米材料包括金属纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒、陶瓷氧化物纳米颗粒和碳基纳米材料等。
北京工业大学的研究团队针对熔盐纳米复合材料进行了恒温测试、冷热冲击试验以及腐蚀性测试等，发现材料比热容原高于基盐，且未发生衰减，腐蚀性低。但仍需继续进行长周期试验，以满足工程应用的实际需求。
破解熔盐研发的“哥德巴赫猜想”
新型熔盐材料研究是一个复杂的系统工程，需要克服成分复杂、性能要求苛刻、实验周期长、跨学科交叉等难点。同时，也是光热发电技术优化必由之路，有助于提升系统的整体转化效率及经济性。
金建祥表示，熔盐配方优化面临的难点有：一是多元组分，构效关系不明确，熔盐通常由多种阳离子和阴离子组成，各组分之间可能存在复杂的相互作用；成分、结构与性能之间的关系难以建立，缺乏有效的理论模型指导。二是长期稳定性要求高，熔盐需要在高温下长期稳定运行，要求材料具有优异的热稳定性和化学稳定性，新的熔盐配方还需进一步长期稳定性实验的考量等。
而熔盐纳米复合材料面临的难点有：一是纳米材料在熔盐中的稳定性控制：纳米材料在熔盐容易发生团聚，导致性能下降，需要寻找合适的稳定剂或表面改性方法来防止团聚，保持材料的稳定性。二是制备工艺与成本控制：需要开发高效、可控的制备工艺，实现纳米材料在熔盐中的均匀分散，同时需降低熔盐纳米复合材料的制备成本，满足大规模应用的需求。
给储热系统“减肥瘦身”
金建祥在报告中分析了储换热系统目前存在的问题：
一是熔盐泵的可靠性低、长期稳定运行难度大。熔盐泵通常采用立式液下泵设计。
100MW级储能规模熔盐泵的轴长达到18m，可靠性低，设计、制造和检修维护难度大。国家第一批光热示范项目，采用进口品牌熔盐泵。大多存在启动困难、振动大、运行稳定性差的问题，至今部分未能完全解决。
二是不可用盐比例高。熔盐泵的安装方式导致熔盐储罐不可用盐量大，通常储罐不可用盐量比例达到14%~18%之间，影响了储热系统经济性。
三是换热系统占地面积大、建安成本极高。常规的SGS流程图，采用多个管壳式换热器，包括预热器、蒸汽发生器、汽包、过热器、再热器。采用多层钢框架结构，换热器之间还有大量的连接管道，占地面积较大。
针以上述问题，金建祥团队设计了短轴泵+高低位罐的方案，在原有高位熔盐储罐旁边新增一个位于零米层以下的低位储罐，采用短轴熔盐泵布置在低位罐上，替代原有的长轴泵。该方案的优点有：
一是熔盐泵替代。熔盐泵可采用国产短轴泵替代进口长轴泵，降低设计、制造难度，短轴泵的可靠性更高，且国产泵的成本远低于进口泵。
二是不可用盐量减少。长轴泵最低工作液位约1米，采用高低位罐可以降低每个熔盐罐不能使用盐量，减少熔盐用量和储罐体积，减少材料量。
三是储罐优化。高位罐的高度不受长轴泵的限制，可进行高径比优化，进一步降低材料用量。
综合以上几点，采用该方案后，储热系统成本可较常规高位罐方案下降11~13%。
这种“高低位罐+短轴泵方案”已被应用于浙江可胜技术股份有限公司组织建设的金塔中光太阳能“光热+光伏”试点项目10万千瓦光热项目中，低位罐的应用可把储罐底部的熔盐“死区”压缩到0.3米，对于储盐量2万吨的储热系统能节省熔盐约2400吨。
此外，金建祥团队的PCHE（Printed Circuit Heat Exchangers）换热器技术也极具优势。与传统管壳式换热器相比，印刷电路板式换热器的换热芯体由约毫米级厚的镜面板蚀刻出毫米级的微通道，再在高温高压环境下通过真空扩散焊接使数百张镜面板生长到一起，扩散焊接后的芯体强度与母材强度相当。这种毫米级微通道换热器在同样换热功率下体积仅为传统设备的1/3，比表面积1000~3000m²/m³，换热效率大于95%；可大幅降低设备、管路、土建等投资，提升响应速率。
让光热发电“热” 遍全球
谈到未来，金建祥强调，考虑各项技术成熟以及规模化效应后，采用新型高温熔盐、高低位熔盐储罐、PCHE直流式换热技术，未来匹配超超临界机组，最终储换热系统造价可降低39%以上！“十年内，光热发电度电成本有望跌破0.4元，将成为市场竞争力极强的绿色调节支撑性电源。”
金建祥表示，光热发电不是跟光伏抢地盘，而是做它的“稳压器”。当光热与光伏、储能组成“黄金三角”，白天光伏发电，傍晚熔盐释热，24小时稳定供电的绿色电网将不再是梦想。而熔盐就像一块凝固的阳光，折射着能源变革的希望。
更多关于金建祥团队的光热发电的技术与产品，欢迎报名参加由浙江可胜技术股份有限公司联合主办将于8月13~15在西安召开的2025中国太阳能热发电大会，欢迎报名参会，在大会现场与进行面对面交流。大会将于8月13~15日（8月12日周二报到，8月15日参观中国电建西北院、中国能建西北院）在陕西省西安市召开。大会优惠报名截至7月15日，诚邀参会。
