摘要：摩洛哥努奥三期150MW塔式光热电站正式宣布恢复运营。摩洛哥可持续能源署（Masen）公报透露，目前项目正在建造采用优化设计的第二储罐，以完善现有基础设施，以提升电站运营韧性。
据摩洛哥360网站4月21日报道，摩洛哥努奥三期150MW塔式光热电站正式宣布恢复运营。摩洛哥可持续能源署（Masen）公报透露，目前项目正在建造采用优化设计的第二储罐，以完善现有基础设施，以提升电站运营韧性。
当下，我国正大力推进“沙戈荒”地区的风光新能源基地建设，其中光热发电项目更是掀起了建设热潮。努奥三期150MW塔式光热电站重新“点亮”，再度引发了业界对熔盐塔式光热电站熔盐储罐安全性的关注。
热盐罐故障类型及原因分析
据美国国家可再生能源实验室（NREL）2024年发布的《Failure Analysis for Molten Salt Thermal Energy Storage Tanks for In-Service CSP Plants》研究报告显示，全球范围内塔式光热电站运行过程中，热盐罐故障屡有发生。这些故障不仅给业主造成了重大经济损失，也对光热发电行业产生了负面影响。
图片来源：Failure Analysis for Molten Salt Thermal Energy Storage Tanks for In-Service CSP Plants
1. 故障类型
报告指出，大多数塔式光热电站采用双罐熔盐储热系统（冷盐罐和热盐罐）。热盐罐的罐壁和底板通常采用不锈钢347H，储罐基座由沙子、耐火砖、泡沫玻璃和混凝土构成。目前，热盐罐的故障主要表现为以下四种类型：
一是低循环疲劳。由于熔盐温度波动频繁，罐体材料在热胀冷缩过程中产生交变热应力，加速材料老化、损坏，从而引发低循环疲劳。
二是应力松弛开裂（SRC）。在高温环境下，罐体材料的应力会随着时间的推移而逐渐降低，导致应力松弛开裂。
三是蠕变。在高温和长期应力作用下，罐体材料会发生缓慢的塑性变形，即蠕变现象。
四是屈曲。由于罐底设计不合理或运行过程中受力不均匀，可能导致罐底发生屈曲变形。
图片来源：Failure Analysis for Molten Salt Thermal Energy Storage Tanks for In-Service CSP Plants
2. 故障原因分析
热盐罐故障的原因是多方面的，主要包括设计、制造和运行三个环节。
（1）设计方面
一是温度范围不适用。目前在运行光热电站中的热盐罐是根据美国石油协会（API）650和ASME锅炉和压力容器规范（BPVC）标准设计的。然而，这些标准主要适用于工作温度较低的储罐，对于温度高达565°C的熔盐罐，其设计、制造和操作技术标准尚不完善。
二是罐底布局不合理。罐底布局和焊接程序设计不合理，导致焊接后底板变形和残余应力过大，从而在运行过程中产生高应力。
三是隔热材料选择不当。若罐底或罐壁的隔热材料性能不佳、厚度不够，就无法有效阻止热量散失或抵御外部低温环境影响，使得罐体内外温差变大。长期处于这种状态下，罐体材料易产生热应力，进而出现疲劳裂纹，为泄漏埋下伏笔。
（2）制造方面
一是焊接缺陷。罐底和罐壁接缝处的焊接缺陷，如熔合不足和错位，会降低焊缝强度。在熔盐的压力和温度作用下，泄漏风险大增。此外，若焊后没有进行有效的消除应力热处理，焊缝处残余应力较大，运行时与热应力、机械应力叠加，可能导致焊缝开裂，最终引发熔盐泄漏。
二是板材选择不当。罐底制造采用了会产生塑性变形和屈曲的板材，这在运行过程中容易导致罐底变形，进而引发故障。
三是填料使用不当。在不锈钢347H母材上使用E347填料，容易产生应力松弛开裂。
（3）运行方面
一是温度梯度大。新流入的热盐和罐中存盐之间混合不充分，导致罐底径向和环向温度梯度大，这会增加罐体材料的热应力。
二是摩擦系数不均匀。罐底和基座之间的摩擦系数不均匀，主要原因是罐底变形，导致与基座托板的局部摩擦力和应力较大，以及罐底在运行期间热膨胀不均匀。
三是瞬态运行工况复杂。电站启动时，以及多云天气条件下热盐罐液位较低时，电站运行状况剧烈，这会增加罐体的应力。
四是运维管理不到位。运维人员若存在违规操作，比如过度充盐、充盐速度过快、未按规定控制温度等，可能对储罐造成瞬间压力冲击或热冲击，损坏罐体结构。对储罐运行状态监测不及时、不准确，日常维护工作不到位，也会使小问题逐渐积累，最终引发泄漏事故。
我国光热电站热盐罐运行情况
我国自2018年以来已有多个熔盐塔式光热电站投运，虽然尚未有储罐泄漏的情况发生，但为防患于未然，仍需高度重视热盐罐的安全性。中国科学院电工研究所（IEECAS）太阳能热利用技术研究部与全球产学研用相关机构协同合作，进行相关研究，牵头申请的SolarPACES（国际能源署太阳能热发电和热化学组织）资助项目“Research on the Thermal Energy Storage Tank”于2024年12月获得批准。该项目首席科学家、中国科学院电工研究所臧春城副研究员表示，光热发电系统中高温熔盐罐的安全性是一个重要的考虑因素。如美国新月沙丘电站、西班牙Gemasolar光热电站等发生熔盐罐事故，也凸显了高温熔盐罐在光热发电系统中的安全性问题，特别是在焊接质量、隔热材料选择、罐体及其基础设计和施工验收等方面。
应对策略
据国家太阳能光热产业技术创新战略联盟《中国太阳能热发电行业蓝皮书2024》，由中国科学院电工研究所牵头承担的“Research on the Thermal Energy Storage Tank”项目，将与美国NREL、德国DLR、西班牙CIEMAT、法国CSP Energies等国家的顶尖科研机构，以及中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司和浙江可胜技术股份有限公司等国内领先企业分工合作，针对高温熔融盐储罐在复杂工况条件下的腐蚀和热疲劳等所导致的泄漏故障和寿命损失问题，开展高温熔融盐储罐的力学研究和寿命预测。通过实验验证优化寿命预测模型，结合商业化太阳能光热电站工程实践，开发具备寿命预测功能的熔融盐储罐结构仿真设计软件，突破大容量熔融盐储罐长寿命预测的技术难点，为太阳能光热电站熔融盐储罐的寿命评估、结构设计优化和安全运行提供技术指导。
臧春城表示，塔式光热电站热盐罐的安全性是光热发电行业的重要课题。通过对热盐罐故障类型及原因的深入分析，结合我国光热电站的运行经验，以及未来的研究方向，我们有望在设计、制造和运行环节采取更有效的措施，提高热盐罐的可靠性和安全性，为光热发电行业的可持续发展提供有力保障。
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来源：小黄科技频道