【專題報(bào)告】熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)分類及典型項(xiàng)目

11月30日14:30-15:30，索比儲(chǔ)能網(wǎng)特邀哈鍋新技術(shù)研究所研發(fā)室室主任殷亞寧，對熔鹽儲(chǔ)熱調(diào)峰技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行直播介紹，并與溫伯格科技有限公司首席顧問一同探討熔鹽儲(chǔ)熱行業(yè)。請大家關(guān)注索比咨詢微信公眾號(hào)( solarbedata2020)報(bào)名參加。

1. 1.什么是熔鹽儲(chǔ)熱

熔鹽儲(chǔ)熱是一種顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)，利用材料在升溫或降溫過程中的溫差而實(shí)現(xiàn)熱能存儲(chǔ)，有別于相變儲(chǔ)熱，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)，儲(chǔ)熱材料始終保持液態(tài)。

(資料圖片僅供參考)

熔鹽(Moltensalt)是鹽類熔化后形成的熔融體。熔鹽是金屬陽離子和非金屬陰離子所組成的熔融體。能構(gòu)成熔鹽的陽離子有80余種，陰離子有30余種，組合成的熔鹽可達(dá)2400余種。熔鹽具有高沸點(diǎn)、低粘度、低蒸汽壓力和高體積熱的特點(diǎn)，例如堿金屬、堿土金屬的鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽的熔融體。是一種優(yōu)良的傳熱儲(chǔ)熱介質(zhì)。

1.1.1.熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)分類

表1-1熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)分類

來源：國際能源網(wǎng)，中國科學(xué)院工程熱物理研究所，CNESA

1.1.2.熔鹽儲(chǔ)熱原理

熔鹽儲(chǔ)能分為蓄熱與放熱兩個(gè)工作過程。

蓄熱過程：采用智能互補(bǔ)系統(tǒng)將風(fēng)電、光伏、夜間低谷電、工業(yè)廢熱作為加熱熔鹽的能源，通過加熱熔鹽存儲(chǔ)可再生能源或低谷電能。

放熱過程：在換熱系統(tǒng)中高溫熔鹽與水換熱，產(chǎn)生水蒸汽，驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)工作，對外發(fā)電。

熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)常與光伏、風(fēng)電、核能等系統(tǒng)相耦合。

圖1-1熔鹽儲(chǔ)能電站系統(tǒng)示意圖

來源：《電化學(xué)儲(chǔ)能與熔鹽光熱儲(chǔ)能初步對比分析 》

帶有蓄熱裝置的光熱發(fā)電系統(tǒng)在白天把一部分太陽能轉(zhuǎn)化成熱能儲(chǔ)存在蓄熱系統(tǒng)中，在傍晚之后或者電網(wǎng)需要調(diào)峰的時(shí)候用于發(fā)電以滿足電網(wǎng)的要求，可以保證電力輸出更加平穩(wěn)和可靠，可作為新能源基地的支撐電源。

圖1-2丹麥MOSS(MoltenSaltEnergyStorage)熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)

來源：知乎

1.2.熔鹽儲(chǔ)熱典型應(yīng)用場景

1.2.1.光熱發(fā)電

熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)應(yīng)用于光熱電站其特點(diǎn)是將儲(chǔ)熱和傳熱介質(zhì)合為一體，簡化整個(gè)電站設(shè)備組成，有利于后期的運(yùn)維。同時(shí)可以提高太陽能的利用效率，減少功率波動(dòng)，提高電力系統(tǒng)靈活性;促進(jìn)電網(wǎng)平穩(wěn)性輸出，緩解新能源電力發(fā)展過程中的限電問題。

1.2.2.清潔供熱

可以將棄風(fēng)/棄光電、低谷電等電能儲(chǔ)存起來，在需要的時(shí)候釋放，減少用戶用能成本;提高整個(gè)系統(tǒng)的能源利用率;可實(shí)現(xiàn)削峰填谷，平滑光電、風(fēng)電的輸出功率，提升新能源發(fā)電的消納能力;為食品加工、紡織等企業(yè)提供穩(wěn)定持續(xù)的蒸汽、熱風(fēng)等高品質(zhì)熱源。

表1-2幾種清潔供熱技術(shù)對比

熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)產(chǎn)生蒸汽的運(yùn)行成本與谷電價(jià)格成正比，電價(jià)為0.1~0.35元/kWh時(shí)成本為75~265元/t，與燃?xì)忮仩t和電鍋爐相比具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2.3.移動(dòng)儲(chǔ)熱供熱

無管路熱損失，熱能利用率高;可實(shí)現(xiàn)廢余熱高效回收利用，節(jié)能減排雙收益;無需管道鋪設(shè)，投資少、運(yùn)行成本低;設(shè)備運(yùn)行靈活，操作安全簡單;可實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)輻射不到的企業(yè)或工廠。據(jù)悉，目前上海電氣也已開發(fā)出相關(guān)產(chǎn)品。

圖1-3上海電氣移動(dòng)熱儲(chǔ)供熱

來源：上海電氣

1.2.4.火電靈活性改造

減小供熱機(jī)組熱負(fù)荷，或增大供熱機(jī)組發(fā)電出力調(diào)節(jié)范圍，提高電廠的運(yùn)行靈活性;通過調(diào)峰給用戶供熱提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益;突破供熱對機(jī)組電負(fù)荷調(diào)節(jié)的限制，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用。

利用熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)進(jìn)行火電改造一般有兩條技術(shù)路線，一種電加熱熔鹽，一種是蒸汽加熱熔鹽，電加熱熔鹽目前技術(shù)相對來說比較成熟，而采用蒸汽加熱熔鹽的研究不多，上海電氣已聯(lián)合相關(guān)單位開展相應(yīng)的研究，目前已開發(fā)出適用于火電調(diào)峰場景下的雙罐熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)。

1.2.5.綜合能源服務(wù)

通過不同類型的能源的互補(bǔ)耦合，為用戶提供高效智能的多種能源供應(yīng)，提高能源利用率;實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)和環(huán)境治理的融合，減少污染物排放和降低企業(yè)用能成本;提高清潔能源的使用比例，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。

1.3.熔鹽儲(chǔ)熱項(xiàng)目建設(shè)條件

光照豐富

場址區(qū)大氣透明度高，氣候干燥少雨，日照時(shí)間長，太陽能資源豐富。選址區(qū)域的年太陽能直射輻射(DNI)量不宜低于1600kWh/(m2?a)。

地勢開闊

建設(shè)用地符合當(dāng)?shù)赝恋乩每傮w規(guī)劃，場址宜地勢開闊、平坦，無遮擋物。

地質(zhì)穩(wěn)定

非地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，無洪澇災(zāi)害。周圍地形、特殊建筑物等，無遮擋太陽光。區(qū)域地形具有對霧氣、煙霧等擴(kuò)散、吹散的有利條件。

靠近電網(wǎng)

盡量靠近主干電網(wǎng)，以減少新增輸電線路的投資。具有便利的交通運(yùn)輸條件和生產(chǎn)生活條件，場址征地費(fèi)用低。

選擇滿足光熱電站供水要求的場址。

1.4.熔鹽儲(chǔ)熱典型項(xiàng)目

目前，光熱儲(chǔ)能電站度電成本仍然遠(yuǎn)高于光伏、風(fēng)電等新能源，主要由于其成本隱含發(fā)電及儲(chǔ)能兩個(gè)部分;但正因其儲(chǔ)發(fā)一體的優(yōu)勢，可在西北風(fēng)光大基地中扮演調(diào)峰調(diào)頻等作用：電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院以目前新疆電網(wǎng)為例進(jìn)行過模擬計(jì)算，若建設(shè)1GW~5GW不同規(guī)模的光熱儲(chǔ)能電站，可減少棄風(fēng)棄光電量10%~38%。西北地區(qū)地理?xiàng)l件因限制，抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能較難應(yīng)用;電化學(xué)儲(chǔ)能由于其容量、充放電次數(shù)、工況環(huán)境等諸多限制因素亦難以大規(guī)模推廣;光熱儲(chǔ)能或是最優(yōu)解。

截至2020年2月，我國首批光熱發(fā)電示范項(xiàng)目已并網(wǎng)7座，包括中廣核德令哈50MW槽式光熱電站、首航節(jié)能敦煌100MW熔鹽塔式光熱電站、青海中控德令哈50MW熔鹽塔式光熱電站等。根據(jù)中國電力新聞網(wǎng)，青海中控德令哈50MW塔式熔鹽儲(chǔ)能光熱電站是國家首批太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目之一，配置7小時(shí)熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)，電站設(shè)計(jì)年發(fā)電量1.46億kWh，每年可滿足8萬余戶家庭清潔用電，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4.6萬噸，減排二氧化碳排放約12.1萬噸。

表1-3中廣核新能源青海德令哈光儲(chǔ)熱一體化項(xiàng)目配套光熱裝機(jī)400MW

資料來源：CSPPLAZA、CSPFocus光熱發(fā)電資訊、開源證券研究所

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