，不存在冻结问题，但由于矿物油的温度不能高于300℃，否则易分解，这样限制了槽式系统的工作温度不能超过300℃，导致效率比较低；当然也可以选用合成油作为HTF/蓄热材料，但其价格没有熔融盐那么便宜，实际上不用于蓄热材料，而且合成油的温度也不能高于400℃，这自然也限制了槽式系统的工作温度不能超过400℃，但间接TES综合考虑了防冻与蓄热材料成本问题。SEGS槽式系统中分别应用了此两种方案进行了现场实验，后者显示了后来居上的发展潜力，特别是高温工况的应用为朗肯循环效率提高到40%创造了条件。但前者的研究、应用和技术相对成熟些，已经显示了TES为槽式系统带来的好处。
　　塔式系统带TES装置通常采用了图3的布置形式，图3也是Sular Two与Solar Tres塔式CSP的示意图。塔式系统采用熔融盐液作为HTF/显热蓄热材料的方式，这是因为塔式系统的管网系统绝大部分是竖直布置在塔内，管内的HTF容易排出，解决防冻问题的成本不大，而且其工作温度比槽式系统高，因此该方案对塔式系统几乎是唯一的选择。
　　为了弥补单一蓄热物质的劣势，常采用合成物或共晶混合物。例如Solar Two系统采用60%NaNO3+40%KN03的硝酸盐混合物，其熔点为220℃，到600℃还能保持热稳定性；SEGS槽式系统分别采用过了二苯基氧（Therminol VP-1）、Hitec（53%KNO3 +7%NaN03+40%NaN02）、Hitec XL（45%KNO3 +45%Ca（N03）2 +7%NaNO3）等。CSP系统中常见的HTF或液体显热蓄热材料见表1。
　　其实，HTF采用合成油或熔融盐都不是特别理想，合成油因其分解温度低，无法应用在提高槽式系统的工作温度（如超过450℃）来获得高效率的场合；而熔融盐因其熔点高，在冬天或晚上易冻结，保证其处于液态需要高的运行成本。于是一些室温离子液体（room temperature ionic liquid ,RTIL）成为目前比较理想的HTF/液态显热蓄热二合一材料。离子液体的熔点低，液程宽，没有可测量的蒸气压，不可燃，热容量大，低黏性，热稳定性好，无挥发性，导热系数大，具有优良的动力学可控性，更重要的是离子液体价格便宜且易制备，可通过选择适当的阴离子或微调阳离子的烷基链，改善离子液体的物理性质和化学性质，这些特点引起了大家的注意。例如一种［C4mim］［BF4］离子液体的液程范围为-79～459℃，目前已进入试验阶段。
　　1.1.2固体显热蓄热
　　与美国不同，德国等欧盟国家比较重视直接蒸气发电(DSG）CSP系统中的应用与研究（见图5）。蓄热系统则常采用固体显热蓄热材料，成本低是其最大的优势，但它显然只能用于间接TES。德国航天航空研究中心（DLR）的Tamme等在研究砂石混凝土和玄武岩混凝土的基础上，研究开发耐高温混凝土和铸造陶瓷等固体蓄热材料，耐高温混凝土的骨料主要是氧化铁，水泥为黏结剂；铸造陶瓷骨料也主要是氧化铁，黏结剂包括氧化铝等。它们具有分布均匀，低孔，与HTF换热管接触良好，能采用模块化蓄热设计等优点。在阿尔梅里亚太阳能实验基地（PSA）与槽式系统进行联合试验，效果良好，现在正准备MWh级的中试。
　　1.1.3液-固联合显热蓄热
　　为了降低槽式系统中的双罐熔融盐液间接蓄热装置的固定投资成本，Sandia国家实验室的James等设计并测试一个2.3MW•h的斜温层单罐蓄热系统（thermocline tank storage），见图4。双点划线框内的斜温层单罐TES可替代图1中双点划线框内的双罐熔融盐液TES而与槽式系统整合。斜温层单罐是利用密度与温度冷热的关系，当高温熔融盐液在罐的顶部被高温泵抽出，经过油盐换热器冷却后，由罐的底部进入罐内时，或者当低温熔融盐液在罐的底部被低温泵抽出，经过油盐换热器加热后，由罐的顶部进入罐内时，在罐的中间会存在一个温度梯度很大的自然分层，即斜温层，它像隔离层一样，使得斜温层以上熔融盐液保持高温，斜温层以下熔融盐液保持低温，随着熔融盐液的不断抽出，斜温层会上下移动，抽出的熔融盐液能够保持恒温，当斜温层到达罐的顶部或底部时，抽出的熔融盐液的温度会发生显著变化。为了维持罐内温度梯度分层，就必须严格控制液体盐液的注入和出料过程，在罐内合理填充固体蓄热材料以及配置合适的成层设备，如浮动进口、环壳式换热器等，图中虚线表示蓄热材料被加热的循环过程。该试验证实了液态蓄热材料NaNO3与KN03的熔融盐混合物与固态蓄热材料石英岩、硅质沙具有良好的相容性；温跃层罐蓄热系统的设计理念是可行的，试验结果和经济性都令人振奋，其固定投资成本约为双罐熔融盐液间接蓄热系统的65％。
　　1.2相变蓄热
　　相变蓄热材料具有相变潜热大、相变温区窄等特点，跟显热蓄热比较，可显著降低蓄热系统的尺寸，但选择合适的相变材料（PCM）及换热器设计比较困难。因此，CSP系统中的相变蓄热技术还处于试验研究或中试阶段。其使用有两种情形。
　　（l）在DSG槽式系统中，采用单一PCM的蓄热方式（见图5）。图5（a）是DSG槽式系统的基本工作原理示意图，图5(a)是DSG槽式系统联合蓄热技术的示意图。该系统只有水／蒸气作为HTF，在HTF与PCM的换热过程中，其蒸气HTF压力基本保持恒定，温度也保持稳定，此时，要求PCM相变时温度变化范围也小。
德国等13个国家从2004年开始共同实施的DISTOR项目，就是为DSG槽式系统设计完善的相变蓄热系统，主要任务是研究230～330℃的加膨胀石墨的复合相变材料（EG-PCM），应用微胶囊技术以及设计逆流相变蓄热换热器，达到降低成本的目的。
　　（2）在采用合成油作为HTF的槽式系统中，合成油HTF的温度变化范围从250～400℃，水／蒸气HTF的温度变化范围是从200～400℃，这就要求PCM在换热过程中，温度变化也比较大，因此，此时单一相变材料（PCM）是无法满足要求。于是，1989年，美国LUZ公司就提出了级联相变蓄热的设计方案［见图6（a）];l993年DLR与ZSW（德国太阳能及氢能研究中心）共同提出了PCM/显热蓄热材料/PCM混合蓄热方法［见图6（b）]，并提出了可采用表2的PCM用于级联相变蓄热或混合蓄热。1996年Michels等用3个竖立的壳管换热器串联，壳内分别放置了KN03、KN03/KCI、NaNO3三种PCM，证实了级联相变蓄热的可行性。
相变蓄热技术的实际应用进展不大，主要是固液相变换热器的设计没有取得突破，微胶囊技术可能提供了一种方法，但对于高温换热需要进一步探讨。CSP系统中应用PCM是出于经济性、可靠性设计的考虑，并不是因为PCM本质上是一种良好的蓄热材料。
　　1.3化学反应蓄热
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作者：左远志 丁静 杨晓西 来源： 责任编辑：admin