中國儲能網訊：3月10-13日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司指導，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合500余家機構共同支持的第十四屆中國國際儲能大會暨展覽會（簡稱“CIES”）在杭州國際博覽中心召開。
CIES大會以“共建儲能生態(tài)鏈，共創(chuàng)儲能新發(fā)展”為主題，針對儲能產業(yè)面臨的機遇與挑戰(zhàn)等重點、熱點、難點問題展開充分探討，分享可持續(xù)發(fā)展政策機制、資本市場、國際市場、成本疏導、智能化系統(tǒng)集成技術、供應鏈體系、商業(yè)模式、技術標準、示范項目應用案例、新產品以及解決方案的普及和深化應用。
來自行業(yè)主管機構、國內外駐華機構、科研單位、電網企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構等不同領域的2011余家產業(yè)鏈供應鏈企業(yè)， 53417位線上注冊嘉賓將參加本屆CIES大會，儲能網視頻號線上直播11萬人參與觀看與交流。其中300余家企業(yè)集中展示了儲能產品，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認證、飛輪儲能、液流電池、熔鹽儲熱、壓縮空氣儲能等新型儲能全產業(yè)鏈。
3月11日上午，國網湖南省電力有限公司電力科學研究院一級領軍專家朱光明受邀在新型儲能系統(tǒng)集成解決方案專場（中）分享主題報告，報告題目為《雙碳目標下的熱儲能技術開發(fā)及應用》。以下為報告主要內容：
朱光明：尊敬的主持人，尊敬的各位專家大家上午好！今天我?guī)淼姆窒眍}目是雙碳目標下的熱儲能技術開發(fā)及應用。
今天我主要想從五個方面跟大家講三個問題，一個是為什么開發(fā)熱儲能技術，相對別的技術熱儲能有什么優(yōu)勢和特點。二是當前，熱儲能的研究重點和難點、熱點是什么，三是跟大家聊一聊熱儲能有什么應用前景。
我們在雙碳目標下也好，構建新型電力系統(tǒng)過程也好，儲能是保障電網安全穩(wěn)定運行的主要手段，這幾年得到了快速的發(fā)展。根據(jù)國際可再生能源署的統(tǒng)計，2018年全球儲能市場規(guī)模在30GWh，預計到2030年，2050年，儲能市場規(guī)模有幾十倍，甚至上百倍的增長速度。
儲能形式很多，目前儲能技術形式，技術成熟度最高的是抽水蓄能，也是成本最低的儲能技術。電化學儲能發(fā)展速度非常迅猛，具有很多的優(yōu)勢和特點，除了這兩個比較成熟之外，這幾年國家大力開發(fā)的是一種長時的儲能，安全的儲能，主要包括的是壓縮空氣儲能，還有熱儲能，熱儲能相對于這些儲能有很多的特點。
熱儲能是以儲能材料為介質，熱源來自于太陽光，余熱，這些熱源儲存起來根據(jù)不同的時間和地點，根據(jù)不同的強度釋放出來，這就是儲能技術。應用范圍是比較廣的。
熱儲能能夠很好的實現(xiàn)規(guī)?；瘧?，有很長時間的循環(huán)利用次數(shù)，經濟性是比較高的。
重點講一講第一個問題，為什么開發(fā)儲熱技術。全球用戶不管是任何企業(yè)或者居民，能源需求中熱能和冷能的需求占總能耗一半以上，90%的能源圍繞著熱能的轉換，傳輸和儲存進行的。熱的應用跟我們生產，生活息息相關。我們國家有兩個峰值，迎峰度夏和迎峰度冬。就是因為這個時候我們的居民也好，或者工業(yè)也好，都有強烈的用熱和用冷的需求。
這部分用熱和用冷需求是通過電轉換的，是分布式小的空調，效率是相對比較低的，如果大規(guī)模的把熱儲起來，再高效地進行釋放和利用，能源的利用效率會得到大幅度的提升，這是我們講的為什么要用儲熱技術。熱作為直接利用的東西，不需要進行中間的再轉換，可以持續(xù)的進行利用，不需要通過電負荷效率的轉換。這是我們開發(fā)儲熱技術基本的原因。
儲存的方式大家都很清楚，有物理儲熱和化學儲熱。顯熱儲熱利用儲熱自身的比熱容，一個物質儲存多少熱量是和質量相關，和比熱容相關，加上溫度變化幅度，這三個指標決定了某種物質能夠儲存多少熱量。
現(xiàn)在用的比較多的是用水，用熔鹽、導熱油，還有巖石和金屬的。不同的介質適用的溫度范圍不一樣，而且價格也是不同的。比熱容比較高的是水，水的比熱容大概4.2，儲熱能力比較強。液態(tài)金屬比熱比較小，低的只有0.14，這種材質的儲熱能力是偏小的。因為技術比較簡單，系統(tǒng)比較簡單，成本也比較低，這是我們目前應用比較多的儲熱方式。
潛熱儲熱是根據(jù)不同物質在相變過程中，伴隨著大量熱量的吸收和釋放原理實現(xiàn)的。潛熱儲熱最大的優(yōu)勢是儲能密度非常高。相變是比熱容的幾十倍，同樣的體積，同樣的質量，通過潛熱儲能，儲存的能量是顯熱儲熱的上百倍。第二個優(yōu)勢是能量傳遞過程中溫度波動不大，對于特定的溫度要求，意義重大。
這個技術受限于材料選擇，也受限于熱交換器的設計和制造，這個技術更多在示范應用的階段。
熱化學反應伴隨著熱量的釋放或者吸收，通過這個原理，化學儲熱是一種新的儲熱技術。相對于前面的物理儲熱來說，化學儲熱的能量密度更高，達到顯熱儲熱5-10倍。但是對于采用什么樣的化合物更加可控，更加安全，還是在摸索的階段。這是我們儲熱技術簡單的介紹。
第二個問題聊一聊不同的儲熱技術當前的研究重點或者研究的熱點，以及難點。
我們分析了顯熱儲熱和熱化學儲熱的材料是什么，以及優(yōu)點，缺點，技術成熟度進行簡單的介紹。顯熱儲熱用的比較多，在很多場合進行了成功的商業(yè)應用，即便如此對于顯熱儲熱有很多問題需要研究。一是儲熱系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化，如果大規(guī)模的進行儲熱一定要把溫升提高。溫升的系統(tǒng)進行優(yōu)化，要考慮選擇加熱功率多少能夠實現(xiàn)更快速，更高效的進行轉化，把熱儲起來。這里涉及的是熱量的傳遞和儲存過程。二是損失的控制。在這個儲熱過程中，能量損失是不可逆的，會存在損耗。我們把每個環(huán)節(jié)進行計算，看哪個環(huán)節(jié)的損失是什么原因造成的，進一步降低損失，這樣才能進一步提高熱儲能的效率。三是溫區(qū)的匹配，對于熱能的利用，有些在低溫區(qū)，有些在中溫區(qū)，那么在熱儲存和釋放的過程中，對于溫度我們有沒有協(xié)同控制的概念，我們電科院湖南公司申報了科研項目，研究多溫區(qū)的匹配，高溫區(qū)能級比較高，可以優(yōu)先用于發(fā)電或者別的用能形式，溫度降下來后再用另外的形式利用，這樣可以提升整個系統(tǒng)的效率。
對于潛熱儲熱和熱化學儲熱需要研究的主要是材料的選擇和過程的可控。
第三個我想講的是熱儲能的應用場景或者應用的前景。應用場景講三個，第一個是光熱發(fā)電，這是比較成熟的技術，這種熱量把儲熱介質加熱之后，進入熱機進行熱電轉換，這是光熱發(fā)電的技術。效率是比較高的。根據(jù)熱交換的方式不同分成直接的儲能和間接的儲能。低溫儲熱一般是水，可以產生100多度的水蒸氣，熔巖有500度上下。對于常規(guī)的燃煤機組一般500度上下叫亞臨界，到600多度是超臨界。亞臨界機組的發(fā)電效率37%-42%，超臨界機組的效率一般是50%上下，壓力溫度越高，發(fā)電效率越高。在實際的儲熱過程中儲的熱很難達到這么高的溫度壓力，高效的發(fā)電需要選擇新的循環(huán)方式和循環(huán)介質。儲熱介質的選擇和非常重要。除了水和空氣，新型的循環(huán)工質包括二氧化碳和惰性氣體等。二氧化碳是很特別，可以壓縮，常溫狀態(tài)下可以實現(xiàn)超臨界狀態(tài)。在儲熱情況下把二氧化碳實現(xiàn)超臨界狀態(tài)，使儲熱產生熱量之后一兩百度，甚至三五百度可以進行發(fā)電，效率是比較高的。超臨界二氧化碳發(fā)電這幾年取得了重大的突破，在去年已經實現(xiàn)了5萬機組的試運行。熔巖儲熱和超臨界的發(fā)電方式技術可行。
第二個應用場景是燃煤發(fā)電領域。新能源電站配儲是為了平易波動性，火電廠配儲是深度調峰的需求。很多電廠新能源大規(guī)模的發(fā)展，火電機組變成深度調峰的壓艙石，很多時候電網公司要求把負荷降低30%甚至20%，甚至10%左右，了解火電廠的都知道，火電廠設計最低負荷是40%或者30%，低過它電廠運行不穩(wěn)定，帶來很大的影響。如果電廠的熱負荷保持不動，保持30%甚至40%，電負荷轉換出去，不發(fā)電，這部分能量用熱儲存起來，就是非常好的火儲運行模式。這種熱源來自于煙氣，這種熱量用熔鹽或者其他介質儲存起來。在滿負荷運行的時候把熱量傳遞給水，要么傳遞給氣，回歸到系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的高效利用。還可以實現(xiàn)火電廠零上網，其中一部分熱從煙氣或者水蒸氣直接轉成熱儲起來，發(fā)出的電不上網，重新轉化為熱儲存起來。這種運行模式最大的優(yōu)勢是火電廠給新能源更多的上網空間，提供更大的新能源消納能力。
第三個是應用場景是卡諾電池，這是國際上研究比較多的。核心就是泵熱，泵熱相當于水泵一樣，對具有一定溫度的物質輸入一定能量之后，通過水泵的原理，可以獲得更高的溫度，高品級的溫度和熱量才被我們利用。
泵熱儲電的低溫源可以來自于空氣或者水源，再輸入一部分熱量，可以把幾十度的空氣或水變成一兩百度甚至或者三五百度，再高效利用的系統(tǒng)就是泵熱儲電系統(tǒng)。溫度如果只提升到70度，80度，可以作為熱水使用。溫度如果提升更高溫度，可以選擇合適的循環(huán)工質做一個發(fā)電系統(tǒng)，進行發(fā)電，實現(xiàn)冷熱電的多元能量輸出。
循環(huán)過程中工質的壓縮和膨脹，都伴隨著熱量的產生和消耗。壓縮空氣儲能，以前叫補燃式的，因為熱量不夠，如果發(fā)電，用壓縮空氣發(fā)電必須用燃氣輪機進行加熱之后才可以發(fā)電，那種技術當時的效率只有30%，我們國內清華，中能建幾個團隊進行研究，空氣在壓縮過程中產生高溫，把高溫儲起來，根據(jù)儲的方式不同，在最后發(fā)電之前把熱返回給空氣，讓空氣恢復到高溫進行發(fā)電。
這是熔巖儲熱的調頻應用，有相關的示范，效果還是不錯的。有些工業(yè)廢水排的過程中是帶著熱量的，也是可以利用的，只需要加一個熱泵，可以把熱量進一步的利用起來，包括再加熱給水或者空氣。
這是斜溫層，一般用水做的介質，在單體罐里面，上面溫度比較高，下面溫度比較低，形成溫度梯度比較大，越大儲存的能量越高。
這也是火電機組的集中供熱，用循環(huán)水。對于水冷機組用循環(huán)水進行冷卻過程中，一般用江水，經過換熱之后，這個時候的溫度升高，比原來的溫度升高十幾度，這種情況下熱量也完全可以利用起來，把熱儲起來，泵熱之后進行儲熱，最終的目的可以實現(xiàn)制熱或者采暖的使用。
這是其他儲熱項目簡單說一下。
最后總結和展望。今天我主要和大家報告聊一聊為什么搞儲熱這種技術，首先可以實現(xiàn)大規(guī)模集中化的利用，可以和火電廠進行結合，各種各樣的電網進行結合，可以分布式使用。任何的小區(qū)，工業(yè)園區(qū)很多時候需要的就是熱，冬天需要熱水或者需要有空調。夏天需要制冷，這些東西完全靠電網公司承擔會進一步加劇電網的尖峰負荷。用其他的形式儲存形式，可以方便的實現(xiàn)小區(qū)的分布式利用。同時熱儲能的效率是比較高的，安全性也比較好，如果選比較好的材料，比熱容比較高，密度比較高，溫度變化幅度比較高，就是非常好的儲熱材料。能不能開發(fā)這種新的儲能材料，具有更高的比熱容，溫度區(qū)間可控是研究的重點。
系統(tǒng)搭建過程中需要系統(tǒng)的設計?，F(xiàn)在儲熱最關鍵的是實現(xiàn)規(guī)模高效，高效體現(xiàn)兩個方面，一個是時間上快速，把熱能更快地儲存起來。二是轉換效率的提高。我們要研究從熱量的產生，傳遞，做最后的使用，哪個地方的損失是比較大的，提高整體的熱循環(huán)效率。
第三，儲完就是用的問題，循環(huán)工質的選擇是重點。我們找到超臨界二氧化碳，有沒有更好的循環(huán)工質？工藝如何進一步優(yōu)化？如何實現(xiàn)電熱冷多元能源的協(xié)同轉換？這是我們需要研究的主要方向。
我的報告就到這里，謝謝！
