本发明属于太阳能光热发电技术领域，具体来讲，涉及一种太阳能光热发电传热蓄热介质及其制备方法。
背景技术：
环境和能源问题是当今世界最为关注的两大问题，而有效利用太阳能是开发新能源、保护环境和实现可持续发展的一个重要途径，因此受到了国家政策的大力支持。近年来，太阳能热发电是成为大规模开发利用太阳能的主要方式之一。太阳能热发电的关键技术是高温传热蓄热技术，其中传热蓄热介质对于系统的效率提高和成本降低至关重要。
目前常用的传热蓄热介质主要有高压水、蒸气、导热油和液态金属等，相比之下，熔融盐具有较宽的使用温度、高热稳定性、低粘度、低饱和蒸汽压、低价格等优势，成为太阳能热发电储能介质的首选。根据阴离子不同，应用于太阳能热发电的熔盐蓄热材料主要包括硝酸熔盐、碳酸熔盐、氯化熔盐、氟化熔盐等；其中，硝酸盐由于熔点低、成本低、腐蚀性弱而成为熔盐应用的首选。
我国的太阳能资源非常丰富，特别是青藏高原西部和南部的太阳能资源尤为丰富，同时具备电网接入、冷却水源、大量的荒漠化土地等条件，十分适合建设大型太阳能光热发电站。同时，青海省盐湖数量多、储量规模大、盐矿资源极为丰富，为我国盐湖和盐化工的重要生产基地之一，其中氯化钠、氯化镁、钾盐、锂矿、芒硝等矿产均居全国首位。丰富的钾盐、钠盐以及镁盐等无机盐，是硝酸熔盐储热介质主要组成成分(硝酸钾和硝酸钠)的重要原料来源。结合当地资源优势，降低太阳能热利用系统运行成本的同时，又解决盐湖资源开发综合利用率低等问题，促使了盐湖资源实现高值化。
以青海中控德令哈10mw光热发电站以及敦煌首航节能10mw光热发电站为例，其均采用二元硝酸熔盐储热介质作为传热蓄热介质；该熔盐具有良好的热稳定性和低廉的成本，但是它的导热系数较低，这对系统的传热性能提出了考验。
目前针对如何提高硝酸熔盐储热介质的导热性已有相关研究，主要为向其中复合添加其他组分以形成多元体系，如石英砂、金属氧化物(或非金属氧化物)纳米粒子、水玻璃等，虽然对其导热性能均有所改善，但在这些报道中，并未给出具体数值，且其改善主要是针对硝酸熔盐储热介质的热稳定性，即提高分解温度来进行的改善。然而，添加其他组分形成多元硝酸熔盐时，在降低熔点的同时一般也会降低导热系数。因此，改善硝酸熔盐储热介质的导热性仍旧存在巨大的挑战，其具有重要且实际的意义。
技术实现要素：
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种太阳能光热发电传热蓄热介质及其制备方法，该太阳能光热发电传热蓄热介质通过其中的碳纳米管可有效改善其中硝酸熔盐储热介质的导热性。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种太阳能光热发电传热蓄热介质，包括硝酸熔盐储热介质以及复合于所述硝酸熔盐储热介质中的碳纳米管；其中，在所述太阳能光热发电传热蓄热介质中，所述碳纳米管的质量百分数为0.1％～1％，所述碳纳米管的直径d≥10nm。
进一步地，所述碳纳米管的直径10nm≤d≤20nm。
进一步地，所述硝酸熔盐储热介质包括混合均匀的硝酸钠和硝酸钾。
进一步地，在所述太阳能光热发电传热蓄热介质中，硝酸钠的质量百分数为59％～60％，硝酸钾的质量百分数为39％～40％。
本发明的另一目的还在于提供一种太阳能光热发电传热蓄热介质的制备方法，包括步骤：
s1、将硝酸熔盐储热介质与碳纳米管研磨并混合均匀，获得原料粉体；其中，在所述原料粉体中，所述碳纳米管的质量百分数为0.1％～1％，所述碳纳米管的直径d≥10nm；
s2、将所述原料粉体加热熔融并保温至少1h，获得熔融混合体；
s3、将所述熔融混合体冷却至室温并粉碎，获得太阳能光热发电传热蓄热介质。
进一步地，所述碳纳米管的直径10nm≤d≤20nm。
进一步地，所述硝酸熔盐储热介质包括混合均匀的硝酸钠和硝酸钾。
进一步地，在所述原料粉体中，硝酸钠的质量百分数为59％～60％，硝酸钾的质量百分数为39％～40％。
进一步地，在所述步骤s2中，保温时间为1h～3h。
进一步地，在所述步骤s2中，将所述原料粉体于300℃～400℃下进行熔融。
本发明通过向硝酸熔盐储热介质中添加复合直径d≥10nm的碳纳米管，并通过控制该碳纳米管的添加量，从而获得了太阳能光热发电传热蓄热介质；该太阳能光热发电传热蓄热介质相比其中的硝酸熔盐储热介质，在保证分解温度相当的前提下，明显提高了导热系数，从而使该太阳能光热发电传热蓄热介质应用于太阳能光热发电时，提高了对太阳能的利用效率。并且，本发明的太阳能光热发电传热蓄热介质相比现有技术中的其他同类介质材料，其中硝酸熔盐储热介质与碳纳米管的相容性较与其他添加成分的相容性更好。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是根据本发明的实施例1～3及对比例的太阳能光热发电传热蓄热介质在不同温度下的导热系数的对比曲线。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
本发明提供了一种太阳能光热发电传热蓄热介质，其包括硝酸熔盐储热介质以及复合于该硝酸熔盐储热介质中的碳纳米管。
具体来讲，在该太阳能光热发电传热蓄热介质中，碳纳米管的质量百分数为0.1％～1％，且该碳纳米管的直径d≥10nm，优选为10nm～20nm。
更为具体地，硝酸熔盐储热介质包括混合均匀的硝酸钠和硝酸钾；一般来讲，在太阳能光热发电传热蓄热介质中，硝酸钠的质量百分数控制为59％～60％、硝酸钾的质量百分数控制为39％～40％即可。
本发明提供的太阳能光热发电传热蓄热介质，利用其中碳纳米管即可在保持硝酸熔盐储热介质的分解温度相当的前提下，明显提高了导热系数。
本发明还提供了上述太阳能光热发电传热蓄热介质的制备方法，具体来讲，该制备方法包括下述步骤：
在步骤s1中，将硝酸熔盐储热介质与碳纳米管研磨并混合均匀，获得原料粉体。
具体来讲，在原料粉体中，控制碳纳米管的质量百分数为0.1％～1％，且控制碳纳米管的直径d≥10nm，优选为10nm～20nm。
进一步地，硝酸熔盐储热介质包括混合均匀的硝酸钠和硝酸钾；并且，控制原料粉体中硝酸钠的质量百分数为59％～60％、硝酸钾的质量百分数为39％～40％。
在步骤s2中，将原料粉体加热熔融并保温至少1h，获得熔融混合体。
具体来讲，将原料粉体于不低于其熔融温度且不高于分解温度的温度区间内方可达到加热熔融的目的，同时，考虑能耗的因素，一般控制加热温度为300℃～400℃即可。
进一步地，当原料粉体熔融后，为了进一步使其混合均匀，需进行一段时间的保温，优选控制为1h～3h即可。
在步骤s3中，将熔融混合体冷却至室温并粉碎，获得太阳能光热发电传热蓄热介质。
以下将通过具体的实施例来说明本发明的上述太阳能光热发电传热蓄热介质及其制备方法和性能，但本发明并不限于下述实施例所列，下述实施例仅是本发明的具体示例。
实施例1
本实施例提供了一种太阳能光热发电传热蓄热介质的制备方法，其具体方法为：首先，将58.88％的硝酸钠、39.92％的硝酸钾以及0.20％的碳纳米管混合均匀，获得混合粉体；其中，硝酸钠和硝酸钾即可合称为硝酸熔盐储热介质；然后，将混合粉体在马弗炉中于400℃下加热熔融，待全部熔融后，恒温保温60min，获得熔融混合体；最后，将该熔融混合体冷却至室温，并机械粉碎，获得碳纳米管掺杂复合硝酸熔盐储热介质，即太阳能光热发电传热蓄热介质。
如此，本实施例即通过上述制备方法获得了一种太阳能光热发电传热蓄热介质，其由99.80％的硝酸熔盐储热介质以及0.20％的碳纳米管复合而成；其中，该硝酸熔盐储热介质由58.88％的硝酸钠和39.92％的硝酸钾组成。
具体来讲，碳纳米管的直径d为10nm～20nm。
采用同步热分析对本实施例的太阳能光热发电传热蓄热介质进行熔点和分解温度的测试；测试结果如表1所示。同时，采用激光导热仪对本实施例的太阳能光热发电传热蓄热介质进行导热系数的测定；测试结果如表2所示。
实施例2
在实施例2的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例2与实施例1的不同之处在于，在实施例2的制备方法中，将59.82％的硝酸钠、39.88％的硝酸钾以及0.30％的碳纳米管混合均匀，获得混合粉体；同时，将混合粉体在马弗炉中于340℃下加热熔融，待全部熔融后，恒温保温150min，获得熔融混合体；其余参照实施例1所述，获得太阳能光热发电传热蓄热介质。
如此，在本实施例的太阳能光热发电传热蓄热介质中，其与实施例1中的太阳能光热发电传热蓄热介质的区别即在于，本实施例的太阳能光热发电传热蓄热介质由99.70％的硝酸熔盐储热介质以及0.30％的碳纳米管复合而成；其中，该硝酸熔盐储热介质由59.82％的硝酸钠和39.88％的硝酸钾组成。
采用同实施例1中相同的方法测定了本实施例中的太阳能光热发电传热蓄热介质的熔点、分解温度和导热系数；测试结果如表1和图1所示。
实施例3
在实施例3的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例3与实施例1的不同之处在于，在实施例3的制备方法中，将59.70％的硝酸钠、39.80％的硝酸钾以及0.50％的碳纳米管混合均匀，获得混合粉体；同时，将混合粉体在马弗炉中于300℃下加热熔融，待全部熔融后，恒温保温180min，获得熔融混合体；其余参照实施例1所述，获得太阳能光热发电传热蓄热介质。
如此，在本实施例的太阳能光热发电传热蓄热介质中，其与实施例1中的太阳能光热发电传热蓄热介质的区别即在于，本实施例的太阳能光热发电传热蓄热介质由99.50％的硝酸熔盐储热介质以及0.50％的碳纳米管复合而成；其中，该硝酸熔盐储热介质由59.70％的硝酸钠和39.80％的硝酸钾组成。
采用同实施例1中相同的方法测定了本实施例中的太阳能光热发电传热蓄热介质的熔点、分解温度和导热系数；测试结果如表1和图1所示。
为了验证本发明上述实施例的太阳能光热发电传热蓄热介质的性能，进行了以下对比实验。
对比例
在该对比例中，提供的太阳能光热发电传热蓄热介质仅包括由60％的硝酸钠和40％的硝酸钾组成的硝酸熔盐储热介质，而不存在碳纳米管。
采用同实施例1中相同的方法测定了本实施例中的太阳能光热发电传热蓄热介质的熔点、分解温度和导热系数；测试结果如表1和图1所示。
表1实施例1～3及对比例的性能测试结果对比
从表1和图1中可以看出，本发明的太阳能光热发电传热蓄热介质较未添加碳纳米管的硝酸熔盐储热介质的熔点和分解温度基本保持相当水平，但导热系数有所提高；同时，从实施例1～实施例3的导热系数也可看出，导热系数的变化与碳纳米管的添加量并非呈线性变化关系，分析为硝酸熔盐储热介质与碳纳米管之间存在着边界效应，由此随着碳纳米管的添加量的增加，导热系数呈现出先增加后减小的变化趋势。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。