由于以水/水蒸氣為介質(zhì)的太陽能塔式熱發(fā)電示范過程中，以水作為蓄熱介質(zhì)在增加 蓄熱容量方面難以突破；同時.將水/水蒸氣的熱量傳遞給其他介質(zhì)時，不同溫度段的焓值極不均勻.因而使熱的傳遞過程損失很大。因此有必要尋找其他介質(zhì)來替代水。
20世紀90年代，各國開始研究以熔融鹽為介質(zhì)的蓄熱方法 ,美國Solar Two太陽能塔式電站采用了熔融鹽作為吸熱和蓄熱介質(zhì)，太陽集熱器和蓄熱裝置內(nèi)熔融鹽通過一 次換熱.把集熱器或蓄熱器內(nèi)的熱量傳遞給水，產(chǎn)生的過熱蒸汽推動汽輪機做功。即系統(tǒng)采用兩種介質(zhì)和一次換熱形式，因而系統(tǒng)比較復雜，但是解決了大容量蓄熱問題。Solar Two 電站的機組容量 10MW, 電站于1996年投產(chǎn)，此后運行了 3年時間，積累了許 多經(jīng)驗，如啟動工況、管道伴熱、融熔鹽的預熱及防止凝固、主輔設備配置等問題，得 到了許多實驗數(shù)據(jù)，為后來的建設提供了豐富的設計依據(jù)和運行經(jīng)驗。提供借鑒的設計 數(shù)據(jù)有，低風速條件下吸熱器效率88%,設計風速下為86%，儲熱效率大于97%，朗肯循環(huán)的汽輪機熱效率34%,測量峰值熱效率13. 5%等。該電站在1998年夏季的39天中， 運行天數(shù)達到32天，僅有2天因設備故障停機。此后由于技術所有權(quán)和電價問題，使太 陽能熔融鹽電站的發(fā)展停滯。直到2004年西班牙政府制定了可再生能源相關法案，2005 年在西班牙Andalucia地區(qū)開始設計和建造Gemasolar太陽能塔式電站，又稱Solar TRES電站，電站仍然用熔融鹽作為介質(zhì)，增加了機組蓄熱容量，給熔融鹽的研究和應用 帶來了新的機遇。
圖7. 6顯示了 Gemasolar太陽能塔式電站概況。Gemasolar太陽能塔式電站是西班牙 第一個采用熔融鹽為介質(zhì)的高溫熱電站。項目位于西班牙南部的富恩特斯安達盧西亞 市，電站坐標為N37°33' 44.95"，W5° 19' 49.39"，電站容量19. 9MW,電站總占地 195hm2o當?shù)靥栔鄙漭椛渲担―NI）為2172kW • h/（m2 • a）,預計年可發(fā)電1. 1億 kW•h。電站總造價為2. 3億歐元。電站于2009年2月開工，2011年4月投產(chǎn)，電站業(yè) 主方和建設方都是西班牙塞納公司（60%股份）和西班牙馬斯達爾公司（40%股份），項 目總承包方為西班牙UTC特雷斯公司，電站運行管理是西班牙Gemasolar公司。
太陽能鏡場面積304 750m2,玻璃鏡支架2650面，每面面積120m2，支架形式為鈑 金沖壓面結(jié)構(gòu)，支架及轉(zhuǎn)動機械、吸熱器制造商為西班牙塞納公司，定日鏡設計是整個 技術的關鍵的問題之一，因為除了要保證聚焦精確度外，成本控制也是重要部分，定日 鏡投資是電站中主要成本部分，占了 40%的投資份額，其中又40%是與驅(qū)動系統(tǒng)有關的成本。
圖7. 6 Gemasolar太陽能塔式電站
(a)全景俯視閣；(b)近景俯視圖；(c)側(cè)視圖
集熱塔高140m，圓筒結(jié)構(gòu)，承造商為美國Pratt&whitney電力系統(tǒng)聯(lián)合技術公司。吸熱和蓄熱介質(zhì)為熔融鹽。汽輪機機組容量為19. 9MW冷卻介質(zhì)為水，采用濕式冷卻 結(jié)構(gòu)。機組備用燃料為天然氣，備用量為15%。
根據(jù)預測發(fā)電量推算，機組效率為16.6%,電站蓄熱小時數(shù)為15h的機組額定發(fā)電量，機組年運行小時數(shù)為6500h，采用熔融鹽雙罐直接蓄熱技術，一個冷熔融鹽罐，儲鹽溫度288°C，通過熔融鹽泵打入集熱器中加熱到565°C，存儲在高溫熔融鹽罐中。熔融鹽比熱容為1.55kJ/(kg K)，熔融鹽的配比為40%硝酸鉀和60%硝酸納的混合液.該系統(tǒng) 使用的熔鹽量能的減少，主要是提高了集熱管出口溫度，使單位體積的熔鹽蓄熱量更多，因而降低了設備造價。按照政策，電站燃料摻燒比為15%，實際采用大容量蓄熱后，電 站摻燒燃料的重要性就下降了。圖7. 7為Gemasolar電站系統(tǒng)示意。
圖7. 7熔融鹽為介質(zhì)的太陽能塔式電站系統(tǒng)示意圖
Gemasolar電站與Solar Two電站相比，在技術上的優(yōu)勢有：采用了更大單鏡面積的 反射鏡，同等條件下減少了機械驅(qū)動機構(gòu)；采用了 120MW容量的集熱器，具有負荷適應 能力強的優(yōu)點，熱量損失小，減少了熱應力，集熱管采用高鎳合金材料，更能耐高溫，增加了材料的抗腐蝕性；優(yōu)化系統(tǒng)，減少了管道系統(tǒng)閥門數(shù)量，保證在事故情況下，熔 融鹽能夠順利自流到融鹽罐中，防止熔融鹽凝固；采用鍋爐補燃措施.在事故情況下可 開啟備用鍋爐.防止融鹽凝固；大容量的蓄熱系統(tǒng)，總?cè)萘?47MW，h，設計出力工況下儲熱15h，單罐儲存融鹽6250t,在溫度565°C條件下，每天的溫度降不高于1•2°C ; 低溫融鹽罐的溫度設計點在融鹽凝固點以上45°C，防止融鹽凝固；采用了高效、高壓和 具有再熱的汽輪機.設計點汽輪機熱效率39. 4%，年均效率38%，在每日啟停情況下保 證機組壽命大于30年；優(yōu)化了機組控制系統(tǒng)，優(yōu)化了機組冬季防凍系統(tǒng)；優(yōu)化了鏡場、 吸熱器、蓄熱裝置和汽輪機的出力，保證機組在夏季時連續(xù)24h發(fā)電，年設備利用率大 于64%,包括備用燃料情況下，年設備利用率大于71%。
具有儲熱功能的太陽能熱發(fā)電裝置的應用，證明了技術的兩大優(yōu)勢，高容量儲熱提高了電力調(diào)度的良好性能，單位千瓦造價隨著儲熱下降，這是因為介質(zhì)參數(shù)的提高從而 提高了機組效率，另一點是熔融鹽的成本低于其他蓄熱介質(zhì)的成本。這些優(yōu)勢將有助于 鞏固熔融鹽儲熱技術的發(fā)展和應用。
采用熔融鹽作為儲熱的塔式電站還處于示范階段，今后會不斷地有新電站建成，機組規(guī)模和單機容量也會越來越大。以下為正在建設中的以熔融鹽為介質(zhì)的塔式電站。
1.西班牙50MW Alcazar模塊化塔式電站
2009年，Solar Reserve公司在西班牙建設50MW Alcdzar模塊化塔式電站，電站位 于馬德里以南約180km的Alcazar de San Juan鎮(zhèn)附近。當?shù)靥栞椛渲?208kW • h/ （m2 - a）.電站利用熔融鹽作為傳熱和蓄熱介質(zhì)。電站設計蓄熱能力可使汽輪機全天24h 運行，年太陽容量因子超過80%。同時，電站設計采用空冷技術，用水量只相當于濕冷 技術的15%。Solar Reserve公司還分別和美國PG&.E公司、內(nèi)華達能源公司簽訂了 150MW和100MW電站的購電協(xié)議。Solar Reserve公司以Solar Two技術為基礎，提出 了模塊化的概念，進行電站的復制擴容。
2.美國110MW新月形沙丘太陽能塔式電站
Crescent Dunes太陽能塔式電站項目位于美國內(nèi)華達州西北部的托諾帕市，機組容量 110MW,電站總占地1600hm2，當?shù)靥栔鄙漭椛渲担―NI）為2685kW • h/（m2 • a）預計年可發(fā)電4.85億kW • h。電站于2011年開工，2013年10月投產(chǎn)，電站的業(yè)主、建設方和運行管理都是托諾帕太陽能有限責任公司（100%股份），購電方為美國內(nèi)華達能 源公司。
太陽能鏡場面積1 071 361m2,玻璃鏡支架17 170面，每面面積62.4m2，制造商為 普拉特惠特尼公司.集熱塔高540ft，圓筒結(jié)構(gòu)。吸熱和蓄熱介質(zhì)為熔融鹽，人口參數(shù) 288℃，出口溫度566℃。汽輪機機組容量為110MW，汽輪機入口蒸汽壓力為11. 5MPa， 采用混合方式制冷。
3.美國150MW Rice太陽能塔式電站
Rice太陽能塔式電站項目位于加利福尼亞南部的Rice市，莫哈韋沙漠深處，機組容 量150MW,電站總占地1410hm2，電站建成后將成為世界上最大的塔式太陽能發(fā)電機 組。當?shù)靥栔鄙淦剌椓浚―NI）為2598kW • h/（r^ • a）,預計年可發(fā)電4. 5億kW • h。 電站于2011年1月開工，2013年10月投產(chǎn)，電站的業(yè)主、建設方和運行管理都是RICE 太陽能有限責任公司（100%股份），項目總承包方為美國Pratt&Whitney電力系統(tǒng)聯(lián)合技術公司，購電方為美國太平洋煤氣和電力公司。
太陽能鏡場面積1 071 361m2，玻璃鏡支架17 170面，每面面積62. 4m2，制造商為公司，集熱塔高540ft，圓筒結(jié)構(gòu)，承造商為Pratt&Whitney電力系統(tǒng)聯(lián)合技術公司。吸熱和蓄熱介質(zhì)為熔融鹽，入口參數(shù)288℃，出口溫度566℃。汽輪機機組容量為150MW，汽輪機入口蒸汽壓力為H. 5MPa,采用空冷機組。
按照汽輪機滿負荷運行1 h蓄熱設計，機組效率為40 %，熔融鹽比熱容為 1. 55kJ/(kg - K)，則需要3130t熔融鹽，取3500t值作為設計值。蓄熱罐高13m，直徑14m,總體積2000m3,可儲存3500t熔融鹽，熔融鹽的配比為40%硝酸鉀和60%硝酸鈉的混合液，系統(tǒng)使用熔鹽量比槽式系統(tǒng)減少，主要是提高了集熱管出口溫度，使單位體積的熔鹽蓄熱量更多.因而降低了設備造價。
