中國儲能網(wǎng)訊：在“雙碳”目標的背景下，儲能行業(yè)迎來了更廣闊的發(fā)展空間。抽水蓄能、電化學(xué)儲能、熔鹽儲能等技術(shù)可以幫助解決傳統(tǒng)工業(yè)能源利用效率低和太陽能、風(fēng)能不穩(wěn)定等問題。這些技術(shù)可以更好地滿足能源供給與需求在時間、空間和強度上的不匹配問題。
2022年3月，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)了《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》，方案提出到2025年新型儲能由商業(yè)化初期步入規(guī)?；l(fā)展階段，具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件。
截至2022年底，已有23省明確儲能配置比例，“新能源+儲能”開發(fā)建設(shè)模式初顯成效，其中熔鹽儲能技術(shù)未來將是火電調(diào)峰主要技術(shù)路線之一。本文將從熔鹽儲能技術(shù)的概念、價值、應(yīng)用場景等方面介紹其發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，從而為產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)提供決策參考。
01.熔鹽儲能技術(shù)概念與特點
熔鹽是指熔融態(tài)下的液體鹽，工程中使用的通常是二元硝酸鹽、 氯化物鹽等無機鹽熔融體。熔鹽具有工作溫度高、使用溫度范圍廣、傳熱能力強、系統(tǒng)壓力小、經(jīng)濟性較好等一系列的優(yōu)點，目前已成為光熱電站傳熱和儲熱介質(zhì)的首選。熔鹽儲能是一種利用熔鹽的儲熱能力，將太陽能光熱、地?zé)?、工業(yè)余熱、低品位廢熱、谷電等以熱能的形式儲藏起來，在需要時再將熱能轉(zhuǎn)化為電能或供熱、供蒸汽等用途的技術(shù)。
熔鹽儲能的價值主要體現(xiàn)在三個方面：提高可再生能源的利用率和穩(wěn)定性，解決風(fēng)光火等多種能源之間的協(xié)調(diào)問題；實現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷、系統(tǒng)調(diào)頻、負荷平滑等功能，提高電網(wǎng)安全性和經(jīng)濟性；為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑等領(lǐng)域提供清潔、高效、靈活的供熱、供蒸汽解決方案，降低碳排放和成本。
熔鹽儲能作為長時儲能方式，具備以下特點：儲能規(guī)模較大，熔鹽儲能的規(guī)模通常在幾十兆瓦到幾百兆瓦之間，屬于大容量存儲。儲能時間長，熔鹽儲能的存儲時間可達到10小時以上。初始投資成本較高，熔鹽儲能的投資成本約500萬/MWh，與抽水蓄能、壓縮空氣儲能的初始投資成本相近，相比電化學(xué)儲能，初始投資成本較高。能量轉(zhuǎn)換效率較低，熔鹽儲能的效率普遍低于60%，相較電化學(xué)與機械儲能方式，轉(zhuǎn)化效率比較低。
與目前主流的鋰電儲能技術(shù)相比，熔鹽儲能具有壽命高、規(guī)?；杀镜?、安全性高等優(yōu)勢，在未來多種儲能并存的情境下，熔鹽儲能或?qū)⒄紦?jù)重要位置。
02.熔鹽儲能市場及重點應(yīng)用
熔鹽儲能是全球第三大儲能模式，目前市場處于上升趨勢。截至2022年底，全球累計裝機容量為6.1GW，約占儲能裝機總?cè)萘康?.6%。西班牙、美國和中國是熔鹽儲能市場的三大主要國家。西班牙和美國已經(jīng)達到了一定的市場規(guī)模，中國市場也已出現(xiàn)明顯的增長勢頭。2022年中國熔鹽儲能裝機容量為0.52GW，遠期預(yù)計到2030年，國內(nèi)熔鹽儲能裝機容量將超過16GW，總投資超過2000億元。
熔鹽儲能的應(yīng)用場景包括光熱發(fā)電、火電靈活性改造、電網(wǎng)削峰填谷、谷電制熱、余熱回收、棄電儲能等。其中光熱發(fā)電和火電機組靈活性改造是需要重點關(guān)注的應(yīng)用領(lǐng)域。
光熱發(fā)電應(yīng)用
光熱發(fā)電是將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，通過熱功轉(zhuǎn)換過程發(fā)電的系統(tǒng)。熔鹽塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)可分為聚光、吸熱、儲換熱和發(fā)電四大系統(tǒng)，其運行原理基本是借助定日鏡將太陽光匯聚到太陽能收集裝置，然后利用太陽能循環(huán)加熱儲能介質(zhì)，并依靠儲能介質(zhì)的顯熱與水進行熱交換產(chǎn)生蒸汽，從而驅(qū)動汽輪機發(fā)電。主要設(shè)備部件包括定日鏡、吸熱塔、吸熱器、熔鹽儲罐、蒸汽發(fā)生器和汽輪發(fā)電機組。
光熱電站一般采用熱鹽罐與冷鹽罐雙罐系統(tǒng)存放熔鹽。冷熔鹽貯罐內(nèi)的熔鹽經(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(qū)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。
由于綜合成本較高，光熱發(fā)電在我國整體還處于發(fā)展初期。截至 2022年底，我國并網(wǎng)發(fā)電太陽能熱發(fā)電示范項目共9個，累計裝機容量588MW， 在全球光熱發(fā)電累計裝機容量中占比8.3%。自2023年開始，隨著技術(shù)逐步成熟及扶持政策加持，光熱發(fā)電行業(yè)招投標加速，整個市場將步入千億級規(guī)模階段。預(yù)計2024年底前投產(chǎn)的光熱發(fā)電項目29個，總裝機容量約3300MW,主要集中在新疆、青海、甘肅、吉林等光能資源富裕地區(qū)。
從技術(shù)趨勢看，儲熱是太陽能熱發(fā)電連續(xù)性的一個重要因素，儲熱問題涉及材料和熱學(xué)的耦合，其中800℃以上固體儲熱和熔融鹽儲熱是今后應(yīng)對混合型電站較有前景的儲熱材料，因此需要對高可靠性儲熱材料和系統(tǒng)以及具有固有安全性的熔融鹽吸熱儲熱系統(tǒng)設(shè)計方法等進行研究。
火電機組靈活性改造
火電機組靈活性改造的目標是增加調(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，從而實現(xiàn)節(jié)能降碳。受限于鍋爐調(diào)峰深度有限、機組經(jīng)濟性和安全性不足的問題，頻繁、大幅度地調(diào)節(jié)會降低火電機組使用壽命，并導(dǎo)致收益較低。熔鹽儲能可利用機組鍋爐蒸汽，增強火電深度調(diào)峰能力。同時，儲熱技術(shù)可使火電機組直接參與供熱，增加火電利用效率。
火電靈活改造配置熔鹽儲熱系統(tǒng)優(yōu)勢體現(xiàn)在綜合效率高，大幅增加火電廠深度調(diào)峰能力，儲熱時間長，儲熱參數(shù)高，使用壽命長等方面。同時改造后的火電機組可以更好的適應(yīng)電力市場改革，獲取更多輔助服務(wù)收益。電力現(xiàn)貨市場交易進程加快后，帶有熔鹽儲能的火電機組可以大規(guī)模儲熱，存儲谷電，在電價高的時候釋放熱量獲取高收益。同時大容量熔鹽儲能可以拓展火電靈活機組的供熱場景，創(chuàng)造額外供熱、供蒸汽收益。
熔鹽儲能應(yīng)用于火電改造目前仍處于早期示范階段。2022年12月15日，江蘇國信靖江電廠熔鹽儲能調(diào)峰供熱項目正式投運，是中國首個真正意義上采用熔鹽儲熱技術(shù)的大規(guī)模火電調(diào)峰/調(diào)頻/供熱項目。該項目具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，核心設(shè)備全部國產(chǎn)化，是目前全球首個實現(xiàn)煤電耦合熔鹽儲熱的成功范例。
該項目包括2×660MW機組熔鹽儲能調(diào)峰供熱項目，設(shè)計配套儲熱量75MWh，采購用于儲熱的無機鹽1260噸，EPC總承包價格約4188萬元，其中無機鹽604萬元，儲罐設(shè)備186萬元，分別占比14%和4%。經(jīng)測算，該工程投運后每年可增加新能源消納電量3億千瓦時，保障近2萬戶居民和企業(yè)使用可再生的綠色電力，每年減少10萬噸燃煤和24萬噸二氧化碳排放，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益多贏。
在政策驅(qū)動下，煤電機組靈活性改造進程將顯著加快，而熔鹽儲能作為火電靈活性改造的配套方案，有望迎來發(fā)展機遇期。國家發(fā)改委、國家能源局于2021年11月發(fā)布的《全國煤電機組改造升級實施方案》提出，存量煤電機組靈活性改造應(yīng)改盡改?！笆奈濉逼陂g完成2億千瓦，增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力3000萬-4000萬千瓦，實現(xiàn)煤電機組靈活制造規(guī)模1.5億千瓦。預(yù)計十四五期間該領(lǐng)域熔鹽儲能項目市場空間將達到千億級。
技術(shù)趨勢方面，控制熔鹽的原材料成本將是主要方向。以“多低”特點抑制熔鹽儲能成本上漲，“低熔點、低成本、更低氯離子”是下一代熔鹽儲能新材料的核心特點。
化信觀點
熔鹽儲能產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的資源及原材料，中游的設(shè)備與系統(tǒng)集成，下游的系統(tǒng)安裝與使用。熔鹽的主要成分為硝酸鈉、硝酸鉀鹽，是較為常見的化學(xué)材料，目前國內(nèi)熔鹽供應(yīng)和化鹽服務(wù)較為成熟。同時，熔鹽儲能系統(tǒng)中還需配備熔鹽泵、熔鹽罐、蒸汽發(fā)生器、保溫材料、玻璃等關(guān)鍵設(shè)備，以防止熔鹽凍堵，因此一次性投資規(guī)模較大。經(jīng)過光熱發(fā)電配儲市場培育，熔鹽儲熱產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展較為成熟。若市場需求進一步擴大，產(chǎn)業(yè)鏈投資成本有望下降。
從競爭情況來看，整體市場參與企業(yè)眾多，各個環(huán)節(jié)競爭格局尚不明朗，新進入機會仍然較高。產(chǎn)業(yè)鏈上游方面，目前國內(nèi)熔鹽供應(yīng)和化鹽服務(wù)較為成熟，代表企業(yè)包括鹽湖股份、河北礦井新能源、新疆硝石鉀肥有限公司，金晶科技等。產(chǎn)業(yè)鏈中游關(guān)鍵設(shè)備的企業(yè)主要有：熔鹽罐方面的藍星北化機、西子潔能、藍科高新等；熔鹽泵方面的蘭州蘭泵、濟南華威等；蒸汽發(fā)生器方面的西子潔能、上海電氣、金通靈等。產(chǎn)業(yè)鏈下游儲能EPC行業(yè)的企業(yè)主要有包括特變電工、華西能源、中國電建、中國能建等。
總體來說，在能源轉(zhuǎn)型與綠色低碳的大背景下，熔鹽儲能技術(shù)處于市場需求爆發(fā)的初期，未來在光熱發(fā)電、火電改造、園區(qū)儲能供熱等場景中具有較大的應(yīng)用潛力。短期內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)仍需聚焦原研技術(shù)投入，進一步增加品牌知名度，加強與政府、潛在用戶的溝通與合作。作為潛在用戶企業(yè)、大型化工企業(yè)可以考慮在自備電廠改造中引入熔鹽儲能系統(tǒng)，但需要謹慎做好綜合成本核算，充分結(jié)合可再生能源消納、發(fā)電效率提升、供熱供電耦合的需求，在提升能源使用效率同時，做到投資回報比最優(yōu)。
