中國儲能網(wǎng)訊：在多種儲能技術中，熔鹽儲熱近段時間以來風光再現(xiàn)！
熔鹽具有工作溫度區(qū)間廣、儲能密度高、無需高壓運行、黏度低流動性好、壽命長等優(yōu)良特性，非常適合在光熱發(fā)電系統(tǒng)中作為熱儲熱介質。除此之外，熔鹽還具有發(fā)電靈活、儲能規(guī)模大時間長、使用壽命長、環(huán)保安全等特性，在儲熱調(diào)峰方面的優(yōu)勢也尤為突出。
熔鹽儲能技術即利用熔鹽在升溫和降溫過程中的溫差實現(xiàn)熱能存儲?；谏鲜鲞@些特性，近兩年熔鹽儲熱技術逐漸脫穎而出，迅速成為新能源發(fā)展中的一顆新星，走進了更多人的視野中，其應用場景也隨之豐富。
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光熱發(fā)電
熔鹽具有傳熱能力強、系統(tǒng)壓力小、使用溫度范圍廣、經(jīng)濟性較好等一系列優(yōu)點，將光熱發(fā)電與熔鹽蓄熱儲能技術相結合，可實現(xiàn)24小時穩(wěn)定持續(xù)供電，具有可調(diào)節(jié)、對電網(wǎng)更友好、兼容性更強等優(yōu)勢，是最有條件擔當基礎電力負荷的新能源。因此，熔鹽是目前光熱發(fā)電傳儲熱介質的首選。
20世紀80年代，美國率先將熔鹽儲能傳熱技術應用于太陽能熱發(fā)電站的研究方面，其建設的SolarTwo項目是世界上第一個使用熔鹽作為儲熱、傳熱介質的太陽能光熱發(fā)電站，它為熔融鹽在光熱發(fā)電領域的應用打下了基礎。
2009年3月，西班牙安達索爾槽式光熱發(fā)電站成功運行，該電站配置了熔鹽儲熱系統(tǒng)，是全球首個商業(yè)化聚光太陽能電站。
在當前環(huán)境污染和能源安全成為影響中國乃至全球發(fā)展的嚴峻形勢下，通過政策補償和實施峰谷電價、季節(jié)性電價、階梯電價、調(diào)峰電價等措施，逐步推行以電力替代煤炭，提供連續(xù)穩(wěn)定可調(diào)的高品質電能將是大勢所趨。而熔鹽儲能與光熱發(fā)電成在這一趨勢中，顯然成為了又一枚“王牌”。
▋哈密50兆瓦熔鹽塔式光熱發(fā)電項目
哈密光熱發(fā)電項目于2016年9月被國家能源局確定為國家第一批太陽能熱發(fā)電示范項目，也是新疆首個光熱發(fā)電示范項目，規(guī)劃容量為2臺50MW機組，本期建設1臺50MW塔式熔鹽光熱發(fā)電站，總投資15.8億元。2021年6月，該項目實現(xiàn)了夜間無光穩(wěn)定并網(wǎng)發(fā)電，這標志著新疆首個光熱電站——哈密光熱項目正式開啟“24小時不間斷發(fā)電”模式。
哈密光熱項目建成后，將和該地區(qū)的風力發(fā)電、光伏發(fā)電等清潔能源項目，組合成為哈密綜合能源基地，源源不斷地提供清潔能源，對促進太陽能熱發(fā)電國產(chǎn)化進程，改善地區(qū)能源結構，帶動當?shù)叵嚓P產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮重要作用。
▋青海共和50MW光熱項目
2022年，由中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司負責總承包的青海共和50MW光熱電站采用了熔鹽塔式技術路線，其熔鹽儲熱系統(tǒng)可在無太陽的情況下，供發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)滿負荷運行6小時。
中電建青海共和50MW共和光熱發(fā)電項目二元鹽Solar Salt（60%硝酸鈉+40%硝酸鉀）是目前多數(shù)光熱電站選用的傳儲熱工質，其熔點為220℃，最高工作溫度可達600℃。
光熱電站一般采用冷/熱熔鹽雙儲罐存放熔鹽，冷熔鹽貯罐內(nèi)的熔融鹽經(jīng)熔鹽泵輸送到太陽能集熱器內(nèi)，吸收熱能升溫后進入熱熔鹽儲罐中，隨后高溫熔融鹽流進熔鹽蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生過熱蒸汽，驅動蒸汽渦輪機運行發(fā)電，而熔鹽溫度降低后流回冷熔鹽儲罐。
光熱發(fā)電站實際運行過程中，日照強度會不斷變化，傳儲熱系統(tǒng)需要依據(jù)各個節(jié)點管道內(nèi)熔鹽的溫度、壓力及時調(diào)整熔鹽流速，以保障系統(tǒng)穩(wěn)定工作，電站出力總體平穩(wěn)。
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清潔供熱
傳統(tǒng)的燃煤取暖方式最大的問題就是污染嚴重。伴隨著“煤改氣”“煤改電”的推進，清潔供暖開始走進百姓的生活?！坝名}取暖”就是在這樣的背景下應運而生的，它能降低“煤改電”的運營成本，同時也為清潔供暖提供了一個新的途徑。
熔鹽儲熱系統(tǒng)可以高效利用廉價谷電和風電光伏等可再生能源棄電實現(xiàn)清潔供熱，在有效削弱供熱對化石能源依賴、助力可再生能源消納的同時，還可有效保證整個清潔供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。除此之外，還可以為食品加工、紡織等企業(yè)提供穩(wěn)定持續(xù)的蒸汽、熱風等高品質熱源。
熔鹽蓄熱供暖系統(tǒng)與水蓄熱、固體蓄熱、相變蓄熱對比，綜合占地面積、系統(tǒng)安全、使用壽命、儲能密度等因素考慮，占有明顯優(yōu)勢。
有研究在同一工程中通過經(jīng)營成本、投資回收期等對比得出這樣的結論：熔鹽蓄熱總投資約5000萬元；在谷電價格較低、棄光棄風地區(qū)，工程的項目投資財務內(nèi)部收益率較好，為7.8%；投資回收期約11.3年，經(jīng)濟性較優(yōu)。而固體蓄熱系統(tǒng)雖然總投資較省，約4000萬元；但全壽命周期上看經(jīng)濟性比熔鹽蓄熱系統(tǒng)略差；投資回收期為11.7年，項目投資財務內(nèi)部收益率為7.3%。
從總投資看，由于熔鹽蓄熱的工藝流程較固體蓄熱工藝更為復雜，因而使項目從設備采購、安裝、建筑方面投資都較高。但在營收相當?shù)那闆r下，熔鹽蓄熱放熱的全系統(tǒng)流程換熱效率較高，全壽命周期下熔鹽蓄熱的投資回收期與項目投資財務內(nèi)部收益率略高。2種蓄熱方式在電加熱模塊中電熱轉化效率都很高，可以達到99%。
因此，若系統(tǒng)設備可以進一步優(yōu)化，降低總投資造價，熔鹽蓄熱技術有望成為傳熱蓄熱方面最具競爭優(yōu)勢的清潔供熱方式。
▋北京熱力供應中心北京西站蒸汽供應熔鹽儲熱改造項目
該項目采取了利用熔鹽儲代替燃氣鍋爐進行替代。項目利用低谷電時間段，將低價格電能轉換為熱能存儲，白天時使用熔鹽儲能系統(tǒng)對外供應蒸汽。該項目獲得了張家口及赤峰綠電進京指標；采用低谷綠電作為熱源，補貼后谷電價格為0.15元/kWh。
根據(jù)該電價進行核算，折算后的蒸汽運行成本為105元/t，作為新能源儲能消納供蒸汽示范項目，該運行成本僅為燃氣運行成本（北京燃氣價格2.6元/m3，蒸汽成本為208元/t）的50%左右，大大節(jié)省了運行費用。
和其他技術比，熔鹽儲熱的儲能密度、占地面積、使用壽命來具有優(yōu)勢。既適合北方高密集城市地區(qū)對熱水、蒸汽供應系統(tǒng)進行綠色改造，也適合工業(yè)地區(qū)工業(yè)蒸汽的生產(chǎn)應用。
▋北京豐臺區(qū)熔鹽蓄熱產(chǎn)業(yè)化推廣研究與示范項目
作為國內(nèi)落地的首個熔鹽儲能供蒸汽項目，該項目獲得了國資委專項資金支持，由北京熱力市政工程建設有限公司承建，采用了北京民利儲能技術有限公司開發(fā)的新型熔鹽儲能蒸汽系統(tǒng)。
據(jù)悉，該項目建設8MW熔鹽儲能裝置一套。主要配置高/低溫熔鹽儲罐、熔鹽加熱系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、智慧控制系統(tǒng)等設備，系統(tǒng)建成后將直接為北京西站地區(qū)供應飽和蒸汽。該項目已申請綠電補助，建成后單噸蒸汽成本可低至119元/噸。
該項目的落地應用，不僅體現(xiàn)了北京熱力集團看好熔鹽蓄熱技術在清潔供熱領域的發(fā)展前景以及對民利儲能新型熔鹽蓄熱技術的高度認可，也為其拓展集團產(chǎn)業(yè)鏈，為南方冷熱聯(lián)供及工業(yè)蒸汽應用市場打下良好的基礎。
▋紹興綠電熔鹽儲能示范項目
該項目由西子潔能承建，是浙江省最大用戶側熔鹽儲能項目、國內(nèi)在建的最大規(guī)模熔鹽儲能項目。項目利用規(guī)模化綠電與熔鹽儲能技術，在電網(wǎng)低谷時段把過剩的綠電（風電或光伏）儲存在高溫熔鹽中，在高峰、尖峰時段利用儲存的熱能換熱對外供熱或發(fā)電。據(jù)計算，該項目每年可發(fā)電6370萬kWh，年供蒸汽量84萬噸，年可節(jié)約標準煤15.5萬噸，減排二氧化碳約29萬噸。
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余熱回收
工業(yè)生產(chǎn)過程中存在大量的間歇式余熱，如高溫煙氣余熱、可燃廢氣余熱、冷凝水、廢水余熱等。以鋼鐵行業(yè)為例，有研究發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)鋼鐵工業(yè)能源消耗占全國工業(yè)總能耗的15%左右，但鋼鐵企業(yè)能源利用率僅為30%-50%。鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量的余熱。
利用鋼鐵爐熔鹽余熱回收發(fā)電系統(tǒng)，可以將這些廢熱通過熔鹽蓄熱系統(tǒng)儲存起來，使高溫余熱轉化為可提供持續(xù)供暖或熱水的高品質熱能，還可以產(chǎn)生穩(wěn)定可持續(xù)的高溫蒸汽，使發(fā)電功率和能源效率得到大幅提升，提高余熱發(fā)電系統(tǒng)的靈活性，用于居民供暖、熱電廠發(fā)電、熱水鍋爐回水加熱等，達到節(jié)能降耗的目的。原理如下圖。
目前利用熔鹽儲熱技術進行余熱回收的項目案例較少，江蘇聯(lián)儲能源科技有限公司致力于熔鹽儲熱技術商業(yè)化多年，該公司積極推動在鋼廠等領域的高溫余熱回收再利用業(yè)務發(fā)展，且已取得了一定的商業(yè)化突破。
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火電靈活性改造
雙碳目標下，隨著電力系統(tǒng)的低碳化轉型，新能源發(fā)電大量并網(wǎng)，加大了對火電的需求。為消納新能源時空不連續(xù)性引起的電網(wǎng)負荷波動，傳統(tǒng)火電行業(yè)面臨深度調(diào)峰和靈活性改造。
靈活性改造的成本、運行費用以及電力輔助服務市場規(guī)則下的調(diào)峰收益是選擇最合適的改造技術之關鍵。相比造價高昂的蓄電式儲能調(diào)峰系統(tǒng)，利用熱儲能技術調(diào)峰具有最佳的技術經(jīng)濟競爭優(yōu)勢。
火電機組靈活性改造的目標通常是增加調(diào)峰深度、實現(xiàn)快速啟停、加快爬坡能力，其中重點是提高機組的深度調(diào)峰能力。但常規(guī)的靈活性改造方案存在低負荷運轉下主機效率降低、影響機組設備壽命、燃料系統(tǒng)控制的問題。
火電機組鍋爐出口蒸汽溫度一般在540~560℃，高溫熔鹽儲熱技術既能很好匹配這一溫度參數(shù)，又能實現(xiàn)大規(guī)模儲熱，非常適合應用于火電機組儲熱。因此，雖然儲熱技術路線眾多，在火電靈活性改造市場，目前已建成的儲熱調(diào)峰項目以固體儲熱、電極鍋爐+水儲熱為主，但熔鹽儲熱大有后來者居上之勢。
熔鹽儲能熱電解耦系統(tǒng)原理如下圖，該系統(tǒng)利用高溫蒸汽加熱熔鹽儲能，并實現(xiàn)供熱。
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。
火電靈活改造配置熔鹽儲熱系統(tǒng)優(yōu)勢：（1）理論綜合效率高；（2）大幅度增加火電廠深度調(diào)峰能力；（3）儲熱時間長；（4）儲熱參數(shù)高；（5）使用壽命長、綜合效率高。
▋江蘇國信靖江電廠熔鹽儲能調(diào)峰供熱項目
西安熱工研究院有限公司自主研發(fā)的“與煤電耦合的熔鹽儲熱調(diào)頻調(diào)峰及安全供熱技術”在江蘇國信靖江發(fā)電有限公司的成功示范，標志著我國已全面掌握了與大型煤電耦合的熔鹽儲熱調(diào)頻調(diào)峰及安全供熱關鍵核心技術。這也是全國首個真正意義上采用熔鹽儲熱技術的大規(guī)?；痣娬{(diào)峰/調(diào)頻/供熱項目。項目設計配套儲熱量75MWh，使用儲熱用無機鹽1260噸，使用溫度180℃～450℃。
▋?nèi)A能靖遠熱電2×220MW機組熔鹽儲熱技術項目
華能靖遠熱電有限公司2×220MW機組熔鹽儲熱技術項目于2022年2月21日完成項目投資機會研究報告編制技術服務招標工作，由中國能源建設集團浙江省電力設計院有限公司負責該項目的投資機會研究報告編制工作。
項目場址依托華能靖遠熱電有限公司2×220MW熱電聯(lián)產(chǎn)燃煤發(fā)電機組廠區(qū)東南側閑置土地，擬規(guī)劃新建一套熔鹽儲能系統(tǒng)，對靖遠熱電現(xiàn)有2×220MW機組進行靈活性改造，改造后機組調(diào)峰、調(diào)頻能力大幅度提升，在火（熱）電機組需要提供更多輔助服務時，能夠發(fā)揮優(yōu)勢，在輔助服務市場中獲得更多收益。
▋魏家峁煤電機組熔鹽儲熱示范工程
魏家峁煤電機組熔鹽儲熱示范工程是華能集團2022年“火電廠高溫蒸汽熔鹽儲熱技術開發(fā)與工程示范”的工程示范應用部分以及內(nèi)蒙古自治區(qū)科技重大專項“基于火電廠高溫蒸汽或煙氣加熱儲熱的深度調(diào)峰關鍵技術研究”的配套項目，項目采用“蒸汽熔鹽儲熱”+“承壓斜溫層熱水儲熱”的全新儲熱技術路線，結合低負荷煙氣脫硝技術，重點解決機組低負荷運行靈活性問題。
目前，該項目進展整體平穩(wěn)，截止2022年11月底，熔鹽泵房主體結構、熔鹽儲罐基礎、水箱基礎等已施工完成；再熱蒸汽管道施工完成70%，凝結水管道施工至C排外；脫硝煙道及煙氣換熱器改造安裝完成，保溫完成，工程建設工作正扎實推進。
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移動儲熱供熱
當前，我國存在著大量熱力管網(wǎng)無法覆蓋到的工業(yè)企業(yè)、酒店、洗浴中心、學校、醫(yī)院等供暖的熱能用戶，移動供熱市場需求巨大，然而至今為止，移動蓄熱供熱市場仍未全面打開。
所謂移動蓄熱供熱就是把某處的余熱等熱能資源回收并存在蓄能熱源裝置中，通過車載方式將熱能運輸?shù)搅硪惶?，再把熱能釋放到供熱裝置中，最后通過供熱系統(tǒng)為熱用戶提供所需熱能。通過移動蓄熱供熱能夠將余熱資源與“用熱孤島”有機地銜接起來，達到安全、穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟的供熱目標。
利用熔鹽儲熱技術進行移動蓄熱供熱特點是：無管路熱損失，熱能利用率高；可實現(xiàn)廢余熱高效回收利用，節(jié)能減排雙收益；無需管道鋪設，投資少、運行成本低；且設備運行靈活，操作安全簡單；可實現(xiàn)供熱管網(wǎng)輻射不到的企業(yè)或工廠。
雖然已有眾多企事業(yè)單位對移動儲熱供熱技術開展了研究，但目前擁有商業(yè)化應用案例的供應商數(shù)量較少。據(jù)悉，目前上海電氣已開發(fā)出了相關產(chǎn)品。
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綜合能源服務
作為綜合能源業(yè)務“源網(wǎng)荷儲”技術體系的重要一環(huán)，儲熱技術在綜合能源服務業(yè)務中有著舉足輕重的作用。
在“源”側，需求目前主要來自火電廠靈活性調(diào)峰?？梢栽陔姀S側建設一些儲熱裝置，通過火電機組的深度調(diào)峰和熱電系統(tǒng)的熱電解耦來解決新能源電力大規(guī)模接入后，電力調(diào)度方面的一些問題。目前這一場景多采用熔鹽蓄熱和固體蓄熱。
利用熔鹽儲熱進行綜合能源服務的特點是：通過與光伏、風電、核能等系統(tǒng)互補耦合，為用戶提供高效智能的多種能源供應，提高能源利用率；實現(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)化能源結構。
在《基于熔鹽儲熱的綜合智慧能源系統(tǒng)方案研究》一文中，作者提出了帶有熔鹽儲熱的風、光、儲一體化的綜合智慧能源系統(tǒng)方案，并開發(fā)出可復制、可推廣、可延伸，覆蓋電/熱/冷/水的帶有熔鹽儲熱的分布式能源多聯(lián)供功能模塊，其具備在分布式電站、工業(yè)園區(qū)、辦公樓宇等多場景應用模式下的商業(yè)推廣價值，對提升熔鹽儲熱技術的可持續(xù)研發(fā)能力、引領熔鹽儲熱技術開發(fā)以及熔鹽儲熱技術的推廣應用具有重要意義。
▋北京熱力集團花家地供熱中心熔鹽儲熱改造項目
北京熱力集團花家地供熱服務中心原本配置9臺14MW燃氣鍋爐，非供暖季只啟用一臺燃氣鍋爐，每天啟停也造成能耗大、經(jīng)濟性差的問題。因此公司投資669萬元（設備投資、不含稅）建設了一套加熱功率2.1MW的新型熔鹽儲熱裝置。
該示范項目滿足了非冬季與燃氣鍋爐廠房聯(lián)合，并在冬季可以進行應急供熱的需求。根據(jù)2019年數(shù)據(jù)實測，系統(tǒng)能量轉換的效率達到96.3%，通過熔鹽加熱生產(chǎn)的熱水電費成本2.75萬元，折合熱水共計2512噸，折算熱水單噸電費成本10.9元，2019年的熱水供應價格為35元每噸，收益較好。
該項目利用現(xiàn)有電力容量，在低谷電時段內(nèi)以電加熱熔鹽的形式儲存熱量，供應采暖季供熱和非采暖季生活熱水需求，具有安全、環(huán)保、經(jīng)濟等特性，可降低“煤改電”高昂的運營成本。
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共享儲能電站
2021年7月，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合發(fā)文明確“鼓勵探索建設共享儲能”，山東、湖南、浙江、青海、河南、內(nèi)蒙古等20多個地方能源主管部門相繼出臺配套政策，把共享儲能作為開發(fā)建設儲能電站的重要方向。基于熔鹽儲熱技術的共享儲能電站看到發(fā)展曙光。
乘著政策的東風，基于熔鹽儲熱技術的共享儲能電站的規(guī)劃也正慢慢展開。
天津濱海光熱發(fā)電投資有限公司迅速抓住機遇，積極布局熔鹽型共享儲能電站，在2021年的12月與甘肅金昌市發(fā)改委、華電集團甘肅分公司簽約，計劃打造一個600MW/3600MWh的共享儲能電站，該項目已于去年完成備案。
2022年5月，浙江金華舉行“崛起浙中制造先行”2022年先進制造業(yè)“云招商”暨重大項目簽約活動。期間，一個600MW/3600MWh的高溫熔鹽共享儲能調(diào)峰調(diào)頻電站及生物質綜合利用年產(chǎn)4萬噸活性炭項目簽約。
該項目總投資50億元，其中的熔鹽儲能系統(tǒng)所需的補燃燃料來源于生物質氣化的副產(chǎn)品生物質天然氣，全程零排放。
“用鹽取暖”方興未艾，“用鹽發(fā)電”已成為光熱電站的標準配置，熔鹽儲能技術還亟待更深入的工程研究及更廣泛的應用場景挖掘。
在各方積極踐行雙碳目標的大背景下，熔鹽儲熱技術在降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)效益、節(jié)約不可再生能源、減少碳排放、回收廢棄熱能、電能等方面擁有著巨大的潛力，隨著研究的不斷深入，未來也有望與更多行業(yè)聯(lián)姻，攜手構建更加綠色的能源體系。
