科技日报记者 朱虹 通讯员 吴丹丹 赵琳琳
日前，全球最大盐穴压缩空气储能电站在江苏全面投入运行。被称为电站“大心脏”的熔盐换热器是实现热能转运的关键枢纽，对于电站安全、稳定、高效运行至关重要。哈尔滨工程大学核科学与技术学院堆工团队以高精度仿真技术为设备全面体检，为储能电站“心脏”完成全维度数字问诊，通过技术改良化解设备运行风险，为电站顺利投产节约逾亿元试验成本。
压缩空气储能电站利用地下盐穴储存压缩空气实现电能转换，用电低谷时，通过压缩机将空气压缩，注入地下1500米的盐穴进行储存；用电高峰时，再把高压空气释放出来，通过强大的推力带动发电机高速旋转进行发电。整个过程不烧一块煤、不排一缕烟，全靠空气和热量在“打工”，拥有规模大、效率高、成本低、环保等优点，储能容量已发展到300MW等级，就像给电网匹配了巨型“空气充电宝”，而“进气—压缩—储存—出气”的全链条中，熔盐换热器承担着能量转运的核心任务，堪称储能系统的强劲“心脏”，保障电站安全、稳定、高效运行。
这颗巨型“大心脏”长16米、高6米，对工作环境要求极为苛刻，不仅要耐高温、高压，还要禁得住频繁的冷热循环，单台设备造价高达上亿元。哈工程核学院田瑞峰教授团队依托在核能装备热工水力与结构安全领域的技术积淀，运用高精度仿真手段为这颗史无前例的巨型“大心脏”开展全方位“数字体检”，量身优化设计方案，实现设备结构与运行工况高度适配、一次研发成型，成功规避了数亿元的试错经济损失。
“巨型换热器带来海量仿真计算，尤其是局部复杂几何结构的精细优化，攻关难度很大。”田瑞峰表示。为破解超大算力瓶颈，团队在保证计算精度的基础上简化仿真模型、搭建缩比模型，运用VOF多相流模型比对确定“下进上出”最优进盐方案，实现压降降低约15%；通过热—结构耦合仿真精准定位U型弯管应力高危区域，为结构加固与材料选型提供量化依据。得益于哈工程这套专属“数字处方”，提前规避了设备因冷热交变失效的风险，熔盐换热器在调试和长期运行中表现稳定，为国内同类储能换热设备的设计提供了可复用的技术经验。
“哈工程的这套仿真技术减少了换热器前期的试验成本，可提高产品的设计开发周期，有效保障各工况下的设备安全，让这颗‘大心脏’在高温高压环境下，扛得住、不疲劳，为设备长期安全运行上了‘双保险’。”哈电集团哈尔滨汽轮机公司储能事业部洪增元说。
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