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  • 中國科學院上海應用物理研究所加入國家光熱聯盟,致力于高效轉化和存儲

    時間:2019-10-17 17:23來源:國家光熱聯盟
      “怎樣高效轉化和存儲新能源?”被列入2019年度人類社會發展十大科學問題之一。人類社會日益增長的能源需求、環保要求與不可再生的化石資源之間的供需失衡,將成為人類社會發展面臨的主要矛盾之一,開發和利用新型清潔可再生能源迫在眉睫。人們開發了以太陽能電池、燃料電池等為代表的能源轉化與存儲器件,但現役器件的性能仍然難以滿足人們日益增長的對廉價、穩定新能源存儲和利用的需求,研發更高效的新能源轉換和存儲器件是新能源發展面臨的重大挑戰。在2019年10月16日舉辦的首屆世界科技與發展論壇上,中科院院士、中科院理論物理所研究員蔡榮根這樣說。
      中國科學院上海應用物理研究所(下文簡稱上海應物所)就是一家致力于高效存儲和轉化的國立綜合性科學研究機構。
      近日,國家太陽能光熱產業技術創新戰略聯盟(簡稱國家光熱聯盟)理事長聯席會議表決同意了中國科學院上海應用物理研究所(下文簡稱上海應物所)的入盟申請,上海應物所成為2019年度第7家加入國家光熱聯盟這一產學研用創新組織的單位,將與60余家聯盟成員單位一起,共同推動太陽能熱發電技術和產業的發展。
      核科學與技術研究機構,碩果累累
      上海應物所于1959年8月正式成立,時稱中國科學院上海理化研究所,2003年6月經國家批準定為中國科學院上海應用物理研究所。作為國立綜合性核科學與技術研究機構,上海應物所以基于先進核能(釷基熔鹽堆核能系統)的先進能源科學技術為主要研究方向,兼顧核技術在環境、醫學、材料等領域的應用研究,致力于熔鹽堆、釷鈾燃料循環、核能綜合利用等領域的關鍵技術研發,力爭成為我國獨具特色、不可替代,以及具有國際競爭力的核科學與技術研究機構。
      上海應物所承擔了中國科學院戰略性先導科技專項以及多項科技部973項目、國家重點研發計劃項目、基金委重大項目等國家重要科研任務。建有“中國科學院先進核能創新研究院”、“中國科學院釷基熔鹽核能系統研究中心”、“中國科學院核輻射與核能技術重點實驗室”、“中國科學院微觀界面物理與探測重點實驗室”、“上海市低溫超導高頻腔技術重點實驗室”,擁有上海嘉定(約400畝)和甘肅武威(約1000畝)兩個園區。
      努力終獲認可。近年來,上海應物所榮獲各類科技獎項170余項。上海應物所承建并運行的國家重大科技基礎設施——上海光源(SSRF,它是目前世界上性能最好的第三代中能同步輻射光源之一)國家重大科學工程及其團隊榮獲“2011年度中國科學院杰出科技成就獎”、“2012年度上海市科技進步特等獎”、“2013年度國家科技進步一等獎”;重離子核反應的集體效應,奇異核產生及其性質研究,重質量豐中子新核素的合成鑒別和研究獲“國家自然科學二等獎”;相對論重離子碰撞中的反物質探測和夸克物質的強子譜學與集體性質研究,多元、協同生物傳感界面的設計、組裝及生物分析應用研究獲“上海市自然科學一等獎”;上海光源榮獲“第十六屆中國國際工業博覽會特別榮譽獎”等。
      熔鹽創新團隊,打通研發-產業化-應用示范鏈條
      上海應物所并不滿足已獲得的成績,其目標是成為擁有最先進、最完備實驗設施和條件,以工業應用為目標的世界級釷基熔鹽堆核能系統(TMSR)的研究中心,同時積極推進科研成果產業化,打造TMSR全產業鏈。
      2010年,上海應物所熔鹽化學與工程研究團隊成立。團隊現有科研人員80名,其中正高級人員6名,副高級人員28名。團隊主要從事熔鹽設計與制備技術、熔鹽物性測試與結構分析、熔鹽凈化回收及壽命評估、熔鹽腐蝕控制與評價、熔鹽傳熱及蓄熱技術、熔鹽關鍵設備及系統技術研究,解決熔鹽在能源領域使用過程中的全流程、全壽命的科學與技術問題。
      截至目前,團隊已掌握高溫熔鹽的合成凈化關鍵技術,包含熔鹽關鍵設備在內的高溫熔鹽系統核心技術。建立了國際領先的熔鹽物性綜合測試平臺,建成硝酸熔鹽熱工試驗回路;成功制備了噸級高端氯鹽,已用于熔鹽高溫試驗回路;開展了新能源用硝酸熔鹽、氯化熔鹽的研制開發,成功研制出高儲熱密度、高使用溫度、高儲/放熱速率、低成本、環境友好的高端熔鹽;建立了國際先進水平的熔鹽物性參數測定方法和數據評估手段。經多年建設,已形成一支在高溫熔鹽化學與技術開發方面具有重要影響,涵蓋化學、化工、材料、儲能等多學科,以中青年骨干人才為主的“研發-產業化-應用示范”相結合的高水平創新團隊,具備承擔大型科研項目的能力。研究團隊獲得了2018年上海市科技系統青年五四獎章,獲得了廣泛的認可。
      高溫熔鹽傳蓄熱技術的開發與驗證能力
      上海應物所熔鹽化學與工程研究團隊自成立以來,致力于新能源熔鹽傳蓄熱研究,主要立足于新熔鹽體系設計和研制、熔鹽傳蓄熱技術和設備、蓄熱用熔鹽的物性、檢測,回收等方面研究。
      目前擁有實驗室、小試、中試規模的熔鹽制備凈化裝置,具有強迫對流循環、自然循環及高溫傳蓄熱變化規律研究平臺,國際最先進的熔鹽傳蓄熱實驗研究裝置之一。現已建成5大研究平臺:1、熔鹽制備凈化平臺(見圖1);2、熔鹽物性測試平臺(見圖2);3、熔鹽分析測試平臺(見圖3);4、熔鹽腐蝕評價平臺(見圖4);5、熔鹽傳蓄熱試驗平臺(見圖5)。具備8項科研能力,分別是:新熔鹽體系開發、熔鹽分析和測試、熔鹽質量評價及壽命評估、腐蝕控制與防護、熔鹽凈化與回收、熔鹽關鍵設備研制與壽命評估、回路設計研發、熔鹽傳蓄熱技術開發與驗證。
      研究平臺擁有國內外先進設備和高水平的技術隊伍,具備無機熔鹽組成和微/痕量成分定性定量檢測和分析方法開發能力,可準確測定無機熔鹽比熱、導熱系數、表面張力、密度、粘度和蒸汽壓等熱物性參數,具備評估各類熔鹽綜合性能的獨特優勢,平臺已獲得CMA(中國計量認證/認可)和CNAS(中國合格評定國家認可委員會)資質,可為熔鹽質量控制、生產工藝優化、新型熔鹽研發提供技術支撐。
    圖1 熔鹽制備凈化平臺
    圖2 熔鹽物性測試平臺
    圖3 熔鹽分析測試平臺
    圖4 熔鹽腐蝕評價平臺
    圖5 熔鹽傳蓄熱試驗平臺
      在開展科技研究的同時,上海應物所熔鹽傳蓄熱研發團隊也積極與ORNL(橡樹嶺國家實驗室)、MIT(麻省理工學院)、中山大學、中國科學院電工研究所等國內外機構進行交流與合作;并與相關企業進行合作開發,加快成果落地進程。如,與蘭州蘭泵有限公司簽訂了“超高溫熔鹽泵閥工程研究中心”合作協議,并將完成液下軸承的單項測試實驗、水力模型泵的水力性能試驗等關鍵驗證性實驗,完成預樣機的制造以及出廠試驗等,雙方將聯合研制建設高溫熔鹽泵、閥研發和測試中心,為超高溫熔鹽泵的研制打下基礎。
      標準制定方面,唐忠鋒研究員、王建強研究員牽頭編制的國家光熱聯盟標準《太陽能熱發電儲能混合熔鹽技術要求》已經形成了征求意見稿。
      風起潮涌,自當揚帆破浪;任重道遠,更需策馬揚鞭。團隊負責人表示:熔鹽作為最有潛力的傳蓄熱材料,在全球商業化太陽能光熱發電項目中已經進行了廣泛應用,同時在蓄熱供暖領域也展露頭角。我國熔鹽行業在單鹽方面質量指標達標,且生產能力強,但同時受制于企業技術和配套等問題而讓熔鹽行業進入了發展瓶頸期。熔鹽使用者希望可以尋求低熔點、寬溫域范圍、高穩定性、流動性好、比熱容大的熔鹽進一步提升單位蓄熱量,降低儲能成本(目前大規模儲能中熔鹽儲能成本最低),提高太陽能光熱電站的經濟性,為光熱電站逐步實現無補貼化發展作出積極貢獻。未來,上海應物所將與國家光熱聯盟成員單位一起,互通有無,加強合作,進一步深化研發-產業化-應用示范,為我國太陽能熱熱利用技術和產業健康持續發展貢獻更大的力量。
      百尺竿頭須進步,十方世界是全身。隨著更多實力雄厚的企事業單位的不斷加入,國家光熱聯盟的凝聚力和團結力再次得到提升。我們更加希望所有產業相關單位,滿懷再次超越的信心和力量,推動太陽能光熱發電技術產業闊步向前。

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