CSP использует концентрированный сбор тепла, аккумулирование тепла расплавленной соли и выработку пара для достижения стабильной выходной мощности и может иметь возможности долгосрочного хранения энергии. Это важный регулируемый источник питания в новых энергосистемах. В качестве жидкостного сердца всей установки CSP высокотемпературный насос расплавленной соли (высокотемпературный насос) выполняет задачу циркуляции и транспортировки холодных и горячих расплавленных солевых сред: отправку низкотемпературной расплавленной соли в устройство сбора тепла для поглощения тепла, транспортировку высокотемпературной расплавленной соли с температурой выше 500°C в горячий резервуар для хранения, а затем транспортировку ее к парогенератору для теплообмена и работы на этапе выработки электроэнергии. Выход из строя насосного агрегата напрямую приведет к остановке электростанции. Надежность оборудования напрямую определяет эксплуатационную готовность электростанции и доход от выработки электроэнергии. По сравнению с обычными промышленными высокотемпературными насосами условия работы в фототермических сценариях являются экстремальными, а строгие ограничения на материалы, конструкции, гидравлику и управление выходят далеко за рамки обычных насосов.
Несколько тяжелых условий труда, с которыми сталкиваются фототермические высокотемпературные насосы
Сверхвысокая температура рабочей среды, риск серьезной термической деформации.
На основных солнечных тепловых электростанциях башенного и лоткового типа средняя температура насосов для горячей соли может достигать 540-565°C, а рабочая температура насосов для холодной соли составляет около 290-320°C. На некоторых передовых технологических маршрутах температура еще выше. Насосы в основном имеют вертикальную подвесную конструкцию с длинной осью, а глубина жидкости может достигать более десяти-двадцати метров. Длинный вал, цилиндр и детали, пропускающие поток, будут вызывать значительное тепловое расширение во время процесса чередования горячего и холодного. Неправильный контроль термической деформации приведет к смещению вала, трению рабочего колеса и заклиниванию подшипника, что непосредственно приведет к повреждению оборудования. Компоненты двигателя и подшипников расположены над уровнем высокотемпературной расплавленной солевой жидкости, и им также необходимо блокировать восходящую передачу высокой температуры, чтобы избежать перегрева и выхода из строя компонентов трансмиссии.
Среда легко затвердевает, а засорение насоса представляет собой смертельный риск.
Обычно используемая расплавленная соль азотной кислоты для фототермической обработки является твердой при комнатной температуре с температурой замерзания около 220-240°C. Когда систему отключают для охлаждения, расплавленная соль может легко затвердевать и агломерироваться внутри камеры насоса, канала потока и рабочего колеса, блокируя ротор. Как только произойдет затвердевание, на нагрев соли потребуется много времени, и электростанция будет вынуждена надолго остановиться, что приведет к огромным потерям. Оборудование должно решать практические задачи, такие как отключение для сохранения тепла, запуск насоса для предварительного нагрева и слив остатков соли. Прямой запуск в холодном состоянии запрещен.
Двойной эффект высокотемпературной коррозии и эрозии расплавленной соли
Высокотемпературная расплавленная соль химически агрессивна и в текучем состоянии оказывает наложенный эрозионный эффект. Обычная нержавеющая сталь подвергается межкристаллитной коррозии при высоких температурах. Проходящие детали будут подвергаться коррозии в течение длительного времени, вызывая точечную коррозию и утончение толщины стенок, что приводит к сокращению срока службы рабочего колеса и корпуса насоса. Различные системы расплавов солей (нитратная, хлоридная соль) имеют большие различия по интенсивности коррозии, что выдвигает дифференцированные требования к выбору материалов.
Среда высокой плотности затрудняет контроль вибрации ротора с длинной осью.
Плотность расплавленной соли примерно в два раза превышает плотность воды, а осевое усилие во время работы огромно, что серьезно проверяет несущую способность подшипников вертикального насоса. Для системы вращающихся валов длиной более десяти метров небольшое отклонение динамического баланса вызовет сильную вибрацию; чрезмерная вибрация приведет к ускорению износа подшипников и усталости компонентов, что является наиболее распространенной причиной отказа на объекте. Электростанция в пустыне Гоби также сопровождается большой разницей температур днем и ночью, а также ветреной и песчаной средой, что еще больше усиливает помехи в работе оборудования.
Длительная непрерывная работа, ограниченные условия эксплуатации и технического обслуживания.
Установки CSP требуют, чтобы оборудование работало непрерывно в течение многих лет, с большим количеством часов работы в год и расчетным сроком службы более 8 лет. Незапланированные простои обходятся чрезвычайно дорого. Вертикальный насос расплавленной соли установлен в верхней части резервуара для хранения соли. Устранение внутренних неисправностей часто требует опорожнения резервуара от расплавленной соли. Цикл обслуживания длительный, а стоимость высокая. Поэтому приоритетом является требование высокой надежности и неприхотливости в обслуживании оборудования. Идею «отремонтировать, если сломается» невозможно реализовать с помощью обычных насосов. В то же время устройству необходимо часто регулировать скорость и изменять условия работы, адаптироваться к колебаниям света в зеркальном поле, зарядке и разрядке накопителя энергии, а также изменениям нагрузки на выработку электроэнергии, а также поддерживать стабильную производительность в широком диапазоне расхода.
Основные характеристики и требования к конструкции фототермического высокотемпературного насоса
Система материалов: устойчивость к высоким температурам, устойчивость к коррозии расплавленной соли.
Проточные части, рабочее колесо и цилиндр насоса изготовлены из жаропрочной нержавеющей стали или сплавов на основе никеля в соответствии со средней температурой и составом расплавленной соли, чтобы противостоять высокотемпературной ползучести и коррозии расплавленных солей; материал вала обладает как жаропрочностью, так и сопротивлением термической усталости, а также подходит для повторяющихся горячих и холодных циклов, подавляя скорость коррозии и обеспечивая прочность и безопасность компонентов на протяжении всего жизненного цикла.
Конструктивное решение: термокомпенсация, изоляционное охлаждение, защита от конденсации.
Вертикальная подвесная конструкция основного потока оснащена разумной структурой термической компенсации, поглощающей тепловое расширение системы вала и цилиндра во избежание термического заклинивания; он обладает способностью самодренироваться под действием силы тяжести, а расплавленная соль в камере насоса может перетекать обратно в резервуар для хранения во время остановки, снижая риск удержания и затвердевания среды.
Конструкция изоляции теплового охлаждения: установлен теплоизоляционный кронштейн, блокирующий передачу высокой температуры вверх; Корпус подшипника оснащен системой воздушного/водяного охлаждения для контроля рабочей температуры подшипника, защиты верхнего двигателя и трансмиссионного механизма, а также изоляции высокой температуры расплавленной соли от передачи на компоненты, не устойчивые к высоким температурам.
Оборудован комплексной системой обогрева и изоляции: головка насоса, впускной и выпускной трубопроводы нагреваются, а рабочая и остановочная температура изоляции на 30-50°С выше температуры затвердевания расплавленной соли. Установлен стандартизированный процесс предварительного нагрева и запуска, чтобы предотвратить затвердевание расплавленной соли и засорение насоса на аппаратном уровне.
Гидравлические характеристики: широкие условия работы, антикавитация, низкий уровень вибрации.
Гидравлическая модель оптимизирует широкий канал потока, чтобы уменьшить скорость потока среды и уменьшить эрозию и износ; он учитывает эффективность номинальных условий работы и условий переменного расхода и адаптируется к колебаниям зарядных и разгрузочных нагрузок;
Строгая конструкция запаса кавитации, достаточная антикавитационная способность на входе, чтобы избежать повреждения рабочего колеса, вызванного испарением расплавленной солевой среды;
Рабочее колесо точно динамически сбалансировано, и вся машина избегает резонансного диапазона скоростей, строго контролирует интенсивность вибрации и шума, соответствует стандартам фототермической промышленности и подавляет проблемы вибрации по длинной оси.
Оснащенный частотно-регулируемой регулировкой скорости, напор потока можно регулировать в широком диапазоне, чтобы он соответствовал динамическим условиям работы всего процесса сбора тепла, хранения тепла и выработки электроэнергии.
Герметизация и безопасность: отсутствие утечек, высокая надежность резервирования.
Фототермические насосы расплавленной соли представляют собой в основном вертикальные погружные конструкции. Головка насоса погружена в среду, что исключает традиционное уплотнение вала и исключает риск внешней утечки. Некоторые горизонтальные конструкции требуют специальных уплотнений и систем продувки защитным газом, адаптированных к условиям работы при высоких температурах, чтобы предотвратить утечку расплавленной соли. Оборудование сконфигурировано с резервной конструкцией «двойного использования и одного резерва» в сочетании с логикой блокировки РСУ: запуск и выпуск насоса, предотвращение подавления давления, защита параллельного насоса, а также блокировка отключения при перегреве и ультравибрации во избежание повреждения оборудования, вызванного действиями человека.
Показатели надежности и ресурса
Оборудование обеспечивает длительный непрерывный безаварийный цикл работы и снижает вероятность незапланированных простоев; он поддерживает частые изменения нагрузки, а также удары в горячих и холодных циклах; он оснащен интерфейсом мониторинга состояния для сбора данных о вибрации, температуре и других данных для поддержки профилактического обслуживания, снижения нагрузки при эксплуатации и техническом обслуживании, а также адаптации к условиям эксплуатации и технического обслуживания электростанции Гоби на месте.
Реалистичные болевые точки и тенденции развития отрасли
При производстве фототермической энергии система концентрирующего сбора тепла определяет верхний предел получения энергии, резервуар для хранения тепла определяет масштаб хранения энергии, а высокотемпературный насос определяет, может ли весь цикл фототермо-термического хранения безопасно, стабильно и непрерывно преобразовывать световую энергию в выходную электрическую энергию. Только полное соответствие строгим ограничениям, связанным с высокой температурой, легким затвердеванием, сильной коррозией и длинной осевой вибрацией в фототермических сценариях, может по-настоящему реализовать ценность аккумулирования тепла расплавленной соли и снижения пиков, а также способствовать широкомасштабному внедрению фототермической энергетики.
Если у вас есть какие-либо вопросы по выбору и технические вопросы о высокотемпературных насосах, добро пожаловать в Шэньян Кайнай, чтобы получить последние технические параметры и расценки.bo.yu@sykainai.com