太阳能光热发电（Concentrated Solar Power，简称CSP）最大的优势就是通过增加储热系统来调节由于太阳能不稳定而导致电网不稳定的影响。增加储热系统的主要原因就是储热系统对于避免太阳光自身由于天气等原因而导致的不稳定的劣势具有至关重要的作用，正是得益于储热系统的利用从而使得太阳能光热发电可以产生稳定的电能，满足国民生活需求和工业领域的发展。
如图1所示，根据不同聚光方式，CSP技术主要分为菲涅尔式、塔式、蝶式和槽式四类。其中，菲涅尔式和槽式CSP属于线性聚焦系统，而塔式和蝶式属于点聚焦系统。与线性聚焦系统相比，点聚焦CSP系统由于具有更高的聚光率，因此可产生更高温度的太阳热和实现更高的热电转化效率以及更低的电力成本。目前运营中的大多数CSP电站采用低建造和低维护成本的成熟槽式技术，而大多数在建的CSP电站则基于更先进的塔式技术。
图1四种型式的太阳能光热发电技术
熔盐塔式太阳能光热电站如图2所示，主要由4个部分组成：定日镜、吸收塔、熔盐储热系统和动力循环发电系统。在电站运行中，太阳光被定日镜反射到吸收塔顶的接收器，并通过接收器将光能转化为热能，储存在流经吸收器的储热材料（即来自冷罐的熔盐）中。加热后的熔盐被储存在高温熔盐罐中，在有用电需求时，通过熔盐换热器将储存的热能传导至常规蒸汽朗肯动力循环中用于发电。熔盐储热系统可实现低成本的太阳能热存储，使CSP电站即使在缺少阳光的情况下也可以稳定供应可调度的低成本电力。
图2熔盐塔式太阳能光热电站
常见的商业熔盐储热材料是一种由NaNO₃/KNO₃（质量分数为60%/40%）混合而成的非共晶熔盐混合盐，通常被称为“太阳盐”（Solar Salt）。
西班牙50MWAndasol3号CSP电站如图3所示，采用双罐熔盐储热系统，储存约28500t太阳盐，储存热量最多可供电站满负荷发电约7.5h.
图3西班牙50MWAndasol3号CSP电站
1.1储罐概况介绍
熔盐储罐组成：储罐基础、罐底、罐壁、罐顶、保温层、布液系统、预热系统（蒸汽加热、电伴热器）、伴热系统（电伴热器、电加热器）。
规格尺寸：内径为25.2m，高14.9m（7400立方），罐壁沿高度方向分为六层，每层高度为2m，厚度随高度呈阶梯型变化（10-30mm）。底板由中幅板和边缘板组成，中幅板直径为21.28m，厚度为14mm，边缘板厚度为22mm，拱顶由36块瓜皮板和一块中心顶板组成。罐壁筒节的筒壁壁厚与筒壁高度如图1所示，罐壁筒节的筒壁名义壁厚二维示意及三维模型如图4所示。
表1罐壁筒节的筒壁壁厚与筒壁高度
筒节
1
2
3
4
5
6
名义壁厚 /mm
30
26
21
16
12
12
有限元计算厚度 /mm
28
24
19
14
10
10
高度 /m
2
2
2
2
2
2
图4罐壁筒节的筒壁名义壁厚二维示意及三维模型
地基承重及保温：热熔盐储罐地基材料的选择不仅需要满足储罐承重的要求，还需要满足隔热的要求。通常，地基保温材料自上而下依次为砂垫层、隔热耐火砖、泡沫玻璃和混凝土，经核算，厚度分别为0.05m-0.15m、0.4-0.8m、0.6-1m和0.6-1m。
熔盐储罐的选材：热罐的使用温度在565℃左右，罐体材料通常选择低碳奥氏体不锈钢，如304／316／347系列；冷盐罐的使用温度在290℃左右，罐体材料通常选择碳钢，如Q345系列；设计需考虑材料的腐蚀裕量。通常采用表面涂层处理方法来提高碳钢的耐腐蚀性，可选用两种涂料：有机硅系列耐热涂料和惰性聚合物系列耐热涂料。从经济角度考虑，有机硅系列耐热涂料更为适合。
设计标准：目前，对于熔盐储罐，国内外还没有编制出专门的设计标准。因此，熔盐储罐的设计需采用现有的压力容器或储油罐设计规范，如美国标准API650《钢制焊接油罐》Welded Steel Tanks for Oil Storage、ASMEⅧ《锅炉及压力容器规范》和国内标准GB50341《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》进行设计，JB4732《钢制压力容器一分析设计标准》进行强度校核；
表2高温熔盐储罐的主要参数
技术参数
单位
数值
设计压力
MPa
-0.00049/0.002
最高工作压力
MPa
常压
设计温度
℃
575
工作温度
℃
565
液压试验压力
MPa
盛水试漏
设计寿命
年
30
工作介质
熔盐（40%NaNO3，60%KNO3）
物料密度
kg/m³
1731
主要受压元件材料
347H
腐蚀裕度
mm
2
设计标准
API650
最高液位
m
11.7
最低液位
m
1
罐壁、罐底板和罐顶材料均选用TP347H，查阅《压力容器》、《压力容器材料实用手册》，这种材料的各参数如表3所示。
表3 TP347H 材料参数
温度/℃
弹性模量/GPa
热膨胀系数/×10-6℃
屈服应力/MPa
许用应力/MPa
热导率/W•(m•K)-1
400
170
17.5
125
-
18.7
580
155
18.7
112
89.7
23.4
1.2结构计算
熔盐储罐结构荷载：自重、内压、液柱静压力、固定顶活荷载；风荷载；地震荷载；雪荷载；接管荷载及等效接管力；温度荷载；土与结构相互作用。
熔盐储罐结构分析模型：静力学分析模型（静力分析、穹顶钢结构屈曲分析）；动力学分析模型（模态分析、地震响应分析、隔震分析）；热力学分析模型（确定储罐在正常操作工况下及最低液位工况下的温度场）。
熔盐储罐结构分析结果提取与设计：荷载组合、储罐设计（强度校核、变形校核）、基础设计（强度校核、变形校核、隔热）。
1.3建立模型
熔盐储罐的实际结构复杂，内部接管较多，在有限元模拟的过程中需进行合理的简化。简化模型的原则是：对于一些复杂结构，对强度影响不大的可以简化，而对强度有明显加强或削弱作用的需要保留。在熔盐储罐创建模型的过程中，忽略储罐内部的接管。同理，罐壁和拱顶外侧的保温层对强度的影响较小，故将其简化。而大型储罐分析时需考虑自身重量，GB50341《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》提到，当有隔热层时，应当计入隔热层的重力荷载。保温层的重量不可忽略，因此，采用了等效密度的方法施加保温层重量。高温熔盐储罐及其地基的几何模型如图5所示。
图5熔盐储罐模型
