北京工业大学张灿灿：低熔点熔盐储热技术应用现状及研究进展

中国储能网讯：

3月23日，由中国化学与物理电源行业协会主办并联合500余家机构共同支持的第十五届储能大会暨展览会（简称“CIES2025”）在杭州国际博览中心召开。

CIES大会以“绿色、数智、融合、创新”为主题，针对储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨，分享可持续发展政策机制、资本市场、国际市场、成本疏导、智能化系统集成技术、供应链体系、商业模式、技术标准、示范项目应用案例、新产品以及解决方案的普及和规模化工程应用。

在3月24日下午的储热与长时储能专场中，北京工业大学机械与能源工程学院院长助理张灿灿作了题为《低熔点熔盐储热技术应用现状及研究进展》的主旨演讲。

以下内容根据大会发言整理提炼，仅供参考。

张灿灿

各位领导、各位专家：

大家下午好！我叫张灿灿，来自于北京工业大学。非常荣幸能在这里向大家汇报一下低熔点熔盐储热技术方面的研究进展。

本次汇报主要通过下面三个方面：

一、熔盐储热的原理及优势

什么是熔盐？熔盐是通过两种或两种以上的无机盐，按照不同的比例进行混配，得到可以降低熔点、提高分解温度。我们一般用的熔盐是无机熔盐。

大家可以看看右下角，这个图片就是在我们实验室做的，就是熔盐加热完之后像流体一样，具有非常好的流动性。熔盐作为传热和储热工质，相比较其他类型的高温工质来说，它在高温下是常压的状态，传热性能非常稳定，相对来说价格比较低。它的缺点就是在低于它的初晶点之后会发生凝固，这是我们在熔盐使用过程当中需要注意的。

目前，在我们的光热电站或者火电灵活性改造中常用的熔盐主要是以硝酸基熔盐为主，同时氯化盐也具有非常好的应用前景，但是它的熔点比较高，腐蚀性较大。

熔盐储热是一种低成本大容量长寿命的储能技术，在源网荷侧都具有非常大的应用前景。比如在太阳能光热电站里面，在火电灵活性改造，包括压缩空气储能电站，包括热泵储电，包括在用户侧都有非常大的应用前景。

熔盐储热主要有哪些优点？第一是储能密度高；同时储能成本低，可以精准调控储释热速率。

前面各位专家也讲了现在我们国家随着大规模风力光伏并网之后，对于储能的需求非常迫切。单单依靠抽水蓄能，没有办法满足国家对于长时大规模储能的需求，所以继续发展低成本大容量新型的储能技术。

热能占了整个能耗的一半以上，所以,热能的存储对于国家“双碳”目标的实现也是至关重要的，这也是通过源网三个方面进行存储。

二、熔盐储热的应用场景

1.太阳能光热发电

熔盐储热非常大的一个场景或者最早的应用场景就是在太阳能光热电站。它和光伏电站有什么不同？光热电站是一个光-热-电的转换过程，光伏电站是从光-电。太阳能光热电站里面，像塔式来说，基本上都用熔盐作为储热、传热介质，它自带储能属性，所以可以提供连续、稳定、可靠的电源。

2.熔盐储热调峰电站

熔盐储热可以用在电加热熔盐储热热电联供调峰储能电站里面，这里面可以通过把弃风弃光的电转化为热，储存在熔盐里面，做成调峰的储能电站。

3.熔盐储热火电灵活性改造

我们国家是世界上燃煤电厂最多、发电量最大的国家。现在我们国家燃煤电厂服役时间平均约为13年左右，如何将熔盐储热和燃煤电厂结合起来，对电厂进行灵活性改造？

这是我们总结的国家现有的火电机组和熔盐耦合的储热现有示范项目（规划和在建的），目前有很多项目正在规划中。国家能源集团是我们国家电厂火电机组最多的一个集团，据国家能源内部的统计，大概一半的燃煤电厂有意开展熔盐储热项目。

火电厂熔盐改造目前主要有这几个思路：1.抽主蒸汽加热，2.再热蒸汽抽汽，3.电加热熔盐。

我们也对各种方案进行了分析，比如再热蒸汽+电加热，包括我们提出来的再热蒸汽、抽气与熔盐储热的方案结合。同时，我们对不同的性能进行优化，得到系统往返效率。

4.谷电或弃风弃光电加热熔盐储能供热

我们可以用谷电或者是弃风弃光电去加热熔盐，把热量储存在熔盐里面进行供暖。

5.太阳能/余热加热熔盐蓄热供能系统，这个在我们西北地区具有非常大的应用前景。

三、低熔点熔盐传热蓄热技术研发进展

北京工业大学建立了国内比较完整的熔盐的热物性综合测试系统，从熔盐材料制备、物性测试，到大规模长周期的实验。

我们的研究主要通过以下三个方面：第一个是熔盐材料的制备与热物性的测试。在此基础上，我们对它的整个流动换热性能、机理包括换热器设备的研发，同时我们进行了示范应用的研究。

我们对于熔盐性能的提高主要通过以下两个方面。因为我们现在用的是熔盐的显热，它的储热量Q=cmΔt。如果想提高它的储热密度，第一个就是增加它的Cp，就是增加它的比热；第二，增加它的ΔT，ΔT相当于它最低运行温度和最高运行温度的温差。

现有的这些熔盐，可以看出，比如太阳盐，在光热电站里面经常用，它的熔点是220度，最低运行温度290度，最高运行温度大概在565度左右。HITEC盐是142度，分解温度535度，但是目前的应用来说，基本上都没有超过450度，最低应用大概是180-190。碳酸盐成本比较高，氯化盐腐蚀性比较强，所以我们现在要研究低成本、低熔点、宽温域，同时是低腐蚀性的混合熔盐材料。

我们怎么研究这个？第一、通过理论分析，结合相图理论和分子动力学模拟得到潜在的不同的熔盐比例配方，再进行优化研究。在此基础上，我们通过实验研究得到了一系列低熔点混合熔盐材料，黑色的是我们现有的太阳盐和HITEC盐，红色部分是我们团队研发出来的、筛选出来的新型的低熔点熔盐。

第二、增加它的Cp（比热）。通过添加纳米离子，通过熔盐和纳米离子进行结合，提高它的熔盐比热。我们有不同的方法去制备，得到了不同工艺的纳米离子，发现高温熔融法得到熔盐纳米流体的性能比较好，我们也进行了一系列的实验研究。

同时，我们对于结果进行了分析、表征，可以看到纳米离子在熔盐里面的分布非常均匀。而且我们进行了长时间的恒温试验，大概一千个小时。

我们发现添加纳米颗粒之后，除了增加它的比热，同时我们在做实现过程中发现它的对流换热性能提高了，相当于我可以减少换热器的换热面积，相当于把换热器的体积减小，同时换热成本也降低。

熔盐都带有一定的腐蚀性，怎么得到近似于近服役工况的熔盐的腐蚀性能？我们通过自己搭建的熔盐动态腐蚀测试装置，研究了它的不同的动态、静态，包括应力的腐蚀。我们是全世界第一个做了低熔点混合熔盐纳米流体的动态腐蚀实验，得到了其腐蚀特性规律。

可以看到，随着它的流速的增加，它的腐蚀是增强的。但我们又发现非常有意思的现象，加入纳米颗粒之后，熔盐纳米流体的腐蚀性低于纯熔盐。

同时，我们通过SEM-EDS分析腐蚀特性机理，得到不同金属材质在熔盐里面腐蚀性的变化规律。

我们建了全国首个熔盐对流换热试验平台，对于熔盐的流动换热性能开展了研究，得到的结果也被美国爱达荷核能实验室认可，它的实验报告里面大篇幅引用了我们的计算公式作为他们推荐的计算公式。

我们对于熔盐的不同流动换热方式开展了实验和数值模拟研究，包括自然对流、强迫对流、射流冲击。同时对于不同的熔盐换热器，包括熔盐印刷电路板换热器、绕管式熔盐换热器等，通过实验和模拟进行相互验证。

我们的低熔点混合熔盐也进行了系列示范应用，第一个抽蒸汽加热熔盐储能项目-华能集团北方公司魏家峁电厂熔盐灵活性改造项目用了进260吨的低熔点熔盐，现在已经运行了两年多，最低运行温度165度。

我们的熔盐也应用在钢铁行业的热处理工艺中。同时，也用低熔点熔盐做了低谷电供暖示范工程，在河北井陉、内蒙古呼和浩特用我们的低谷电熔盐进行了供热的示范工程。

我们用低熔点熔盐结合槽式系统，做了8000瓦的熔盐传热蓄热示范工程，这也是我们国家科技部重点研发计划国际合作项目，为四川川润集团设计了电加热耦合光热熔盐储热一体化系统。

表里为现有低熔点熔盐的应用业绩。同时我们也获得了国家重点研发计划项目、课题及子课题、内蒙古自治区、青海重大专项等资助。

科研论文的成果方面，我们也发表了大量的中英文论文，也合作牵头起草熔盐的国家标准，这个国家标准也被升级为IEC的国际标准。如果以低熔点熔盐储热作为关键搜索，我们团队发表的论文排在世界第一。

同时，我们和国电投联合组建了国家能源侧的用户侧储能创新研发中心，和浙江绿储科技成立的光热熔盐研发联合实验室，和中船新能源、内蒙古百川光热都成立了联合创新研发平台。

综上所述，低熔点熔盐是低成本长寿命大容量的长时储能技术，目前来说在太阳能光热电站、谷电，包括钢铁余热利用等方面都有非常大的市场空间。我们团队研发了一系列的低熔点熔盐配方，提高了它的储热密度，降低了熔点，提高了储能密度。

同时我们研发的熔盐进行了一系列的示范应用，包括在我们的火电厂应用改造低谷电加热熔盐蓄热供暖示范工程，包括太阳能发电示范工程等等得到了应用。

在此非常感谢国家科技部、国家自然科学基金委、北京市、青海省和内蒙古自治区等对我们团队的大力支持。

谢谢大家，欢迎批评指正。

一审：刘亚珍

二审：裴丽娟

三审：潘 望