中國儲能網(wǎng)訊：電力系統(tǒng)中大部分火電機組鍋爐出口蒸汽溫度在540~560℃，高溫熔鹽儲熱技術(shù)既能很好匹配這一溫度參數(shù)，又能實現(xiàn)大規(guī)模儲熱，非常適合應(yīng)用于火電機組儲熱。
系統(tǒng)工作原理
如下圖所示，其相當(dāng)于在火電機組常規(guī)的“鍋爐-汽機”熱力系統(tǒng)中嵌入一套外置的高溫熔鹽儲熱系統(tǒng)。
▲嵌入高溫熔鹽儲熱系統(tǒng)的火電機組工藝圖
上述方案中儲熱系統(tǒng)相對獨立，整個儲熱系統(tǒng)由儲熱功率模塊、儲熱容量模塊和放熱功率模塊組成；其中儲熱容量模塊為雙罐系統(tǒng)，由一個高溫罐和一個低溫罐組成。
當(dāng)機組向下調(diào)節(jié)出力時，啟動儲熱功率模塊，鍋爐產(chǎn)生的部分過熱蒸汽和再熱蒸汽通過儲熱功率模塊對熔鹽進行放熱，低溫罐中的冷熔鹽獲得熱量溫度升高，并儲存在高溫罐中。
當(dāng)機組需要增加出力時，高溫罐中的高溫熔鹽通過放熱功率模塊進行放熱，放熱模塊產(chǎn)生的蒸汽回到汽輪機做功發(fā)電，釋熱后的熔鹽溫度降低回到低溫罐中儲存。
參與儲熱的鍋爐主蒸汽在放熱后形成高壓凝結(jié)水，最終回到鍋爐給水系統(tǒng)；鍋爐再熱蒸汽在放熱后仍為蒸汽狀態(tài)，但參數(shù)降低，通過增壓措施與汽機高壓缸排汽混合后回到鍋爐再熱系統(tǒng)循環(huán)加熱。上述工藝系統(tǒng)中，各個工藝模塊均為閉式循環(huán)并各自獨立運行，在整個儲放熱過程中，鍋爐和汽機的工質(zhì)沒有減少，系統(tǒng)靈活性高。
系統(tǒng)技術(shù)特點
該系統(tǒng)可以大幅度增加火電廠深度調(diào)峰能力，使汽機在15%額定負荷下運行，如果進一步將所發(fā)電力用于電加熱器加熱熔鹽，甚至可以實現(xiàn)機組零功率上網(wǎng)。系統(tǒng)的主要技術(shù)特點如下：
1）原鍋爐及其輔機系統(tǒng)運行在較高出力，煤耗低，經(jīng)濟性和安全性高，也不存在脫硝系統(tǒng)運行問題。
2）調(diào)峰幅度深，只需根據(jù)需要設(shè)置相應(yīng)功率的換熱裝置即可。
3）調(diào)峰時間長，按需設(shè)置儲熱罐即可，可以實現(xiàn)單日10h以上的儲熱能力。
4）調(diào)峰速度快，能夠滿足電力系統(tǒng)負荷大幅度波動的調(diào)節(jié)要求。
5）儲熱參數(shù)高，系統(tǒng)綜合效率高，熔鹽儲熱溫度可以達到500℃以上，放熱蒸汽參數(shù)可以達到亞臨界參數(shù)。
6）儲能系統(tǒng)功率模塊和容量模塊相互獨立，儲熱過程和放熱過程相互獨立，系統(tǒng)運行靈活性高，可以根據(jù)各個電廠不同的調(diào)峰需求定制儲熱系統(tǒng)方案。
7）改善了整個機組的啟停速度和變負荷能力，提高機組運行靈活性。
8）系統(tǒng)綜合效率高，能耗損失小，經(jīng)濟效益好。
9）儲熱系統(tǒng)使用壽命長達30年、維護成本低，平準(zhǔn)化發(fā)電成本低。
10）對原“鍋爐-汽機”工藝系統(tǒng)改造小，除占地面積稍大以外，對建設(shè)條件要求不高，實施便利。
以上技術(shù)特點很好地解決了常規(guī)的火電機組靈活性改造方案存在的問題，下表為各種靈活性改造技術(shù)方案的對比。
系統(tǒng)的經(jīng)濟性
高溫熔鹽儲熱技術(shù)在火電機組靈活性改造中具有更廣的機組適應(yīng)性，改造后的機組具有更好的運行靈活性，更強的系統(tǒng)安全性，更高的運營經(jīng)濟性。
以35萬機組從50%基準(zhǔn)負荷深度調(diào)峰至20%負荷為例，配置高溫熔鹽儲熱系統(tǒng)功率105MWe，儲熱時長為8h。按年調(diào)峰小時數(shù)800h計算，儲熱系統(tǒng)年調(diào)峰電量84GWh。
根據(jù)2020年6月4日《湖北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場運營規(guī)則（試行）》，機組調(diào)峰至20%的輔助服務(wù)加權(quán)平均單價可達0.433元kWh，按此計算的年調(diào)峰收入為3640萬元。調(diào)峰過程中的煤耗指標(biāo)取300 g/kWh，標(biāo)煤價750元/t，則年調(diào)峰成本為1890萬元，故調(diào)峰凈收益為1750萬元。
高溫熔鹽儲熱系統(tǒng)放熱時，可發(fā)電或者供熱產(chǎn)生收益，當(dāng)儲能效率取76.2%，上網(wǎng)電價取0.4元/kWh時，其年儲能發(fā)電收益2560萬元，預(yù)計今后電力現(xiàn)貨交易可以產(chǎn)生更高發(fā)電收益。
若儲存的熱量不返回汽輪機做功發(fā)電，而是用于工業(yè)供汽，則可以獲得遠高于發(fā)電的供熱收益。
由此可知，上述條件下高溫熔鹽儲熱改造后的年總收益至少高達4310萬元，具有較好的創(chuàng)利能力和應(yīng)用前景，能承受較高的初投資。
同樣以上述35萬機組調(diào)峰為例，高溫熔鹽儲熱改造后，每年可促進新能源消納電量84GWh。
此外，當(dāng)采用新能源棄電加熱延壽老機組儲能系統(tǒng)，按照熱電效率40%估算，則每年可促進新能源消納電量33.6GWh。
火電機組進行高溫熔鹽儲熱改造，將極大地提高其深度調(diào)峰能力，尤其是能解決常規(guī)改造方案存在鍋爐系統(tǒng)效率降低和輔機空轉(zhuǎn)率增加的問題；同時，機組改造后對外提供高參數(shù)工業(yè)供汽的能力將得到大幅度提高，這將有效提高電廠經(jīng)濟效益，彌補調(diào)峰補償機制的不足；高溫熔鹽儲熱技術(shù)也可以應(yīng)用于火電老機組延壽改造，不僅增加系統(tǒng)靈活調(diào)峰電源，還可以使老舊電廠企業(yè)資產(chǎn)繼續(xù)發(fā)揮效益。
在系統(tǒng)中選擇一批火電機組進行大規(guī)模高溫儲熱技術(shù)改造，可以在不增加煤炭消費總量的基礎(chǔ)上，為系統(tǒng)提供大量靈活調(diào)峰電源，有效緩解新能源電力消納問題；同時汽輪發(fā)電機組的容量被保留，可為電力系統(tǒng)提供了備用容量和轉(zhuǎn)動慣量，有力保障電力供應(yīng)和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定。
