中國儲能網(wǎng)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(dǎo)，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合500余家機(jī)構(gòu)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(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等重點(diǎn)、熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題展開充分探討，分享可持續(xù)發(fā)展政策機(jī)制、資本市場、國際市場、成本疏導(dǎo)、智能化系統(tǒng)集成技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、商業(yè)模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、示范項(xiàng)目應(yīng)用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和深化應(yīng)用。
來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的2011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)， 53417位線上注冊嘉賓將參加本屆CIES大會，儲能網(wǎng)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(chǎn)品，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認(rèn)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(chǎn)業(yè)鏈。
3月11日上午，國網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院一級領(lǐng)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(biāo)下的熱儲能技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用》。以下為報告主要內(nèi)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(biāo)下的熱儲能技術(shù)開發(fā)及應(yīng)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(shù)，相對別的技術(shù)熱儲能有什么優(yōu)勢和特點(diǎn)。二是當(dāng)前，熱儲能的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)、熱點(diǎn)是什么，三是跟大家聊一聊熱儲能有什么應(yīng)用前景。
我們在雙碳目標(biāo)下也好，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)過程也好，儲能是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(jì)，2018年全球儲能市場規(guī)模在30GWh，預(yù)計(jì)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(shù)形式，技術(shù)成熟度最高的是抽水蓄能，也是成本最低的儲能技術(shù)。電化學(xué)儲能發(fā)展速度非常迅猛，具有很多的優(yōu)勢和特點(diǎn)，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(diǎn)。
熱儲能是以儲能材料為介質(zhì)，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(diǎn)，根據(jù)不同的強(qiáng)度釋放出來，這就是儲能技術(shù)。應(yīng)用范圍是比較廣的。
熱儲能能夠很好的實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，有很長時間的循環(huán)利用次數(shù)，經(jīng)濟(jì)性是比較高的。
重點(diǎn)講一講第一個問題，為什么開發(fā)儲熱技術(shù)。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(zhuǎn)換，傳輸和儲存進(jìn)行的。熱的應(yīng)用跟我們生產(chǎn)，生活息息相關(guān)。我們國家有兩個峰值，迎峰度夏和迎峰度冬。就是因?yàn)檫@個時候我們的居民也好，或者工業(yè)也好，都有強(qiáng)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(zhuǎn)換的，是分布式小的空調(diào)，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(jìn)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(shù)。熱作為直接利用的東西，不需要進(jìn)行中間的再轉(zhuǎn)換，可以持續(xù)的進(jìn)行利用，不需要通過電負(fù)荷效率的轉(zhuǎn)換。這是我們開發(fā)儲熱技術(shù)基本的原因。
儲存的方式大家都很清楚，有物理儲熱和化學(xué)儲熱。顯熱儲熱利用儲熱自身的比熱容，一個物質(zhì)儲存多少熱量是和質(zhì)量相關(guān)，和比熱容相關(guān)，加上溫度變化幅度，這三個指標(biāo)決定了某種物質(zhì)能夠儲存多少熱量。
現(xiàn)在用的比較多的是用水，用熔鹽、導(dǎo)熱油，還有巖石和金屬的。不同的介質(zhì)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(qiáng)。液態(tài)金屬比熱比較小，低的只有0.14，這種材質(zhì)的儲熱能力是偏小的。因?yàn)榧夹g(shù)比較簡單，系統(tǒng)比較簡單，成本也比較低，這是我們目前應(yīng)用比較多的儲熱方式。
潛熱儲熱是根據(jù)不同物質(zhì)在相變過程中，伴隨著大量熱量的吸收和釋放原理實(shí)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(zhì)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(shù)受限于材料選擇，也受限于熱交換器的設(shè)計(jì)和制造，這個技術(shù)更多在示范應(yīng)用的階段。
熱化學(xué)反應(yīng)伴隨著熱量的釋放或者吸收，通過這個原理，化學(xué)儲熱是一種新的儲熱技術(shù)。相對于前面的物理儲熱來說，化學(xué)儲熱的能量密度更高，達(dá)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(shù)簡單的介紹。
第二個問題聊一聊不同的儲熱技術(shù)當(dāng)前的研究重點(diǎn)或者研究的熱點(diǎn)，以及難點(diǎn)。
我們分析了顯熱儲熱和熱化學(xué)儲熱的材料是什么，以及優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)，技術(shù)成熟度進(jìn)行簡單的介紹。顯熱儲熱用的比較多，在很多場合進(jìn)行了成功的商業(yè)應(yīng)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(jìn)行儲熱一定要把溫升提高。溫升的系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，要考慮選擇加熱功率多少能夠?qū)崿F(xiàn)更快速，更高效的進(jìn)行轉(zhuǎn)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(jìn)行計(jì)算，看哪個環(huán)節(jié)的損失是什么原因造成的，進(jìn)一步降低損失，這樣才能進(jìn)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(xiàng)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(xué)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(yīng)用場景或者應(yīng)用的前景。應(yīng)用場景講三個，第一個是光熱發(fā)電，這是比較成熟的技術(shù)，這種熱量把儲熱介質(zhì)加熱之后，進(jìn)入熱機(jī)進(jìn)行熱電轉(zhuǎn)換，這是光熱發(fā)電的技術(shù)。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(chǎn)生100多度的水蒸氣，熔巖有500度上下。對于常規(guī)的燃煤機(jī)組一般500度上下叫亞臨界，到600多度是超臨界。亞臨界機(jī)組的發(fā)電效率37%-42%，超臨界機(jī)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(shí)際的儲熱過程中儲的熱很難達(dá)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(zhì)。儲熱介質(zhì)的選擇和非常重要。除了水和空氣，新型的循環(huán)工質(zhì)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(shí)現(xiàn)超臨界狀態(tài)。在儲熱情況下把二氧化碳實(shí)現(xiàn)超臨界狀態(tài)，使儲熱產(chǎn)生熱量之后一兩百度，甚至三五百度可以進(jìn)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(jīng)實(shí)現(xiàn)了5萬機(jī)組的試運(yùn)行。熔巖儲熱和超臨界的發(fā)電方式技術(shù)可行。
第二個應(yīng)用場景是燃煤發(fā)電領(lǐng)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(diào)峰的需求。很多電廠新能源大規(guī)模的發(fā)展，火電機(jī)組變成深度調(diào)峰的壓艙石，很多時候電網(wǎng)公司要求把負(fù)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(shè)計(jì)最低負(fù)荷是40%或者30%，低過它電廠運(yùn)行不穩(wěn)定，帶來很大的影響。如果電廠的熱負(fù)荷保持不動，保持30%甚至40%，電負(fù)荷轉(zhuǎn)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(yùn)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(zhì)儲存起來。在滿負(fù)荷運(yùn)行的時候把熱量傳遞給水，要么傳遞給氣，回歸到系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效利用。還可以實(shí)現(xiàn)火電廠零上網(wǎng)，其中一部分熱從煙氣或者水蒸氣直接轉(zhuǎn)成熱儲起來，發(fā)出的電不上網(wǎng)，重新轉(zhuǎn)化為熱儲存起來。這種運(yùn)行模式最大的優(yōu)勢是火電廠給新能源更多的上網(wǎng)空間，提供更大的新能源消納能力。
第三個是應(yīng)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(dāng)于水泵一樣，對具有一定溫度的物質(zhì)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(zhì)做一個發(fā)電系統(tǒng)，進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)冷熱電的多元能量輸出。
循環(huán)過程中工質(zhì)的壓縮和膨脹，都伴隨著熱量的產(chǎn)生和消耗。壓縮空氣儲能，以前叫補(bǔ)燃式的，因?yàn)闊崃坎粔颍绻l(fā)電，用壓縮空氣發(fā)電必須用燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行加熱之后才可以發(fā)電，那種技術(shù)當(dāng)時的效率只有30%，我們國內(nèi)清華，中能建幾個團(tuán)隊(duì)進(jìn)行研究，空氣在壓縮過程中產(chǎn)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(fù)到高溫進(jìn)行發(fā)電。
這是熔巖儲熱的調(diào)頻應(yīng)用，有相關(guān)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(jìn)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(zhì)，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(jī)組的集中供熱，用循環(huán)水。對于水冷機(jī)組用循環(huán)水進(jìn)行冷卻過程中，一般用江水，經(jīng)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(jìn)行儲熱，最終的目的可以實(shí)現(xiàn)制熱或者采暖的使用。
這是其他儲熱項(xiàng)目簡單說一下。
最后總結(jié)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(shù)，首先可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集中化的利用，可以和火電廠進(jìn)行結(jié)合，各種各樣的電網(wǎng)進(jìn)行結(jié)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(diào)。夏天需要制冷，這些東西完全靠電網(wǎng)公司承擔(dān)會進(jìn)一步加劇電網(wǎng)的尖峰負(fù)荷。用其他的形式儲存形式，可以方便的實(shí)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(diǎn)。
系統(tǒng)搭建過程中需要系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在儲熱最關(guān)鍵的是實(shí)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(zhuǎn)換效率的提高。我們要研究從熱量的產(chǎn)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(zhì)的選擇是重點(diǎn)。我們找到超臨界二氧化碳，有沒有更好的循環(huán)工質(zhì)？工藝如何進(jìn)一步優(yōu)化？如何實(shí)現(xiàn)電熱冷多元能源的協(xié)同轉(zhuǎn)換？這是我們需要研究的主要方向。
我的報告就到這里，謝謝！
