中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：電力系統(tǒng)中大部分火電機(jī)組鍋爐出口蒸汽溫度在540~560℃，高溫熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)既能很好匹配這一溫度參數(shù)，又能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲(chǔ)熱，非常適合應(yīng)用于火電機(jī)組儲(chǔ)熱。
系統(tǒng)工作原理
如下圖所示，其相當(dāng)于在火電機(jī)組常規(guī)的“鍋爐-汽機(jī)”熱力系統(tǒng)中嵌入一套外置的高溫熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)。
▲嵌入高溫熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的火電機(jī)組工藝圖
上述方案中儲(chǔ)熱系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，整個(gè)儲(chǔ)熱系統(tǒng)由儲(chǔ)熱功率模塊、儲(chǔ)熱容量模塊和放熱功率模塊組成；其中儲(chǔ)熱容量模塊為雙罐系統(tǒng)，由一個(gè)高溫罐和一個(gè)低溫罐組成。
當(dāng)機(jī)組向下調(diào)節(jié)出力時(shí)，啟動(dòng)儲(chǔ)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(chǔ)熱功率模塊對(duì)熔鹽進(jìn)行放熱，低溫罐中的冷熔鹽獲得熱量溫度升高，并儲(chǔ)存在高溫罐中。
當(dāng)機(jī)組需要增加出力時(shí)，高溫罐中的高溫熔鹽通過放熱功率模塊進(jìn)行放熱，放熱模塊產(chǎn)生的蒸汽回到汽輪機(jī)做功發(fā)電，釋熱后的熔鹽溫度降低回到低溫罐中儲(chǔ)存。
參與儲(chǔ)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(jī)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(gè)工藝模塊均為閉式循環(huán)并各自獨(dú)立運(yùn)行，在整個(gè)儲(chǔ)放熱過程中，鍋爐和汽機(jī)的工質(zhì)沒有減少，系統(tǒng)靈活性高。
系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)
該系統(tǒng)可以大幅度增加火電廠深度調(diào)峰能力，使汽機(jī)在15%額定負(fù)荷下運(yùn)行，如果進(jìn)一步將所發(fā)電力用于電加熱器加熱熔鹽，甚至可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組零功率上網(wǎng)。系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)如下：
1）原鍋爐及其輔機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行在較高出力，煤耗低，經(jīng)濟(jì)性和安全性高，也不存在脫硝系統(tǒng)運(yùn)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(shí)間長(zhǎng)，按需設(shè)置儲(chǔ)熱罐即可，可以實(shí)現(xiàn)單日10h以上的儲(chǔ)熱能力。
4）調(diào)峰速度快，能夠滿足電力系統(tǒng)負(fù)荷大幅度波動(dòng)的調(diào)節(jié)要求。
5）儲(chǔ)熱參數(shù)高，系統(tǒng)綜合效率高，熔鹽儲(chǔ)熱溫度可以達(dá)到500℃以上，放熱蒸汽參數(shù)可以達(dá)到亞臨界參數(shù)。
6）儲(chǔ)能系統(tǒng)功率模塊和容量模塊相互獨(dú)立，儲(chǔ)熱過程和放熱過程相互獨(dú)立，系統(tǒng)運(yùn)行靈活性高，可以根據(jù)各個(gè)電廠不同的調(diào)峰需求定制儲(chǔ)熱系統(tǒng)方案。
7）改善了整個(gè)機(jī)組的啟停速度和變負(fù)荷能力，提高機(jī)組運(yùn)行靈活性。
8）系統(tǒng)綜合效率高，能耗損失小，經(jīng)濟(jì)效益好。
9）儲(chǔ)熱系統(tǒng)使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年、維護(hù)成本低，平準(zhǔn)化發(fā)電成本低。
10）對(duì)原“鍋爐-汽機(jī)”工藝系統(tǒng)改造小，除占地面積稍大以外，對(duì)建設(shè)條件要求不高，實(shí)施便利。
以上技術(shù)特點(diǎn)很好地解決了常規(guī)的火電機(jī)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(duì)比。
系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性
高溫熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)在火電機(jī)組靈活性改造中具有更廣的機(jī)組適應(yīng)性，改造后的機(jī)組具有更好的運(yùn)行靈活性，更強(qiáng)的系統(tǒng)安全性，更高的運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性。
以35萬機(jī)組從50%基準(zhǔn)負(fù)荷深度調(diào)峰至20%負(fù)荷為例，配置高溫熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)功率105MWe，儲(chǔ)熱時(shí)長(zhǎng)為8h。按年調(diào)峰小時(shí)數(shù)800h計(jì)算，儲(chǔ)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(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則（試行）》，機(jī)組調(diào)峰至20%的輔助服務(wù)加權(quán)平均單價(jià)可達(dá)0.433元kWh，按此計(jì)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(jià)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(chǔ)熱系統(tǒng)放熱時(shí)，可發(fā)電或者供熱產(chǎn)生收益，當(dāng)儲(chǔ)能效率取76.2%，上網(wǎng)電價(jià)取0.4元/kWh時(shí)，其年儲(chǔ)能發(fā)電收益2560萬元，預(yù)計(jì)今后電力現(xiàn)貨交易可以產(chǎn)生更高發(fā)電收益。
若儲(chǔ)存的熱量不返回汽輪機(jī)做功發(fā)電，而是用于工業(yè)供汽，則可以獲得遠(yuǎn)高于發(fā)電的供熱收益。
由此可知，上述條件下高溫熔鹽儲(chǔ)熱改造后的年總收益至少高達(dá)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(jī)組調(diào)峰為例，高溫熔鹽儲(chǔ)熱改造后，每年可促進(jìn)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(jī)組儲(chǔ)能系統(tǒng)，按照熱電效率40%估算，則每年可促進(jìn)新能源消納電量33.6GWh。
火電機(jī)組進(jìn)行高溫熔鹽儲(chǔ)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(jī)空轉(zhuǎn)率增加的問題；同時(shí)，機(jī)組改造后對(duì)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(jì)效益，彌補(bǔ)調(diào)峰補(bǔ)償機(jī)制的不足；高溫熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)也可以應(yīng)用于火電老機(jī)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(jī)組進(jìn)行大規(guī)模高溫儲(chǔ)熱技術(shù)改造，可以在不增加煤炭消費(fèi)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(shí)汽輪發(fā)電機(jī)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(dòng)慣量，有力保障電力供應(yīng)和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定。
