中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：“雙碳”背景下，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是保障我國(guó)能源安全的戰(zhàn)略任務(wù)。光伏光熱、風(fēng)電水力等新能源存在間歇性和不穩(wěn)定性，易造成能源供需不匹配，需要配合儲(chǔ)能技術(shù)。
熔鹽儲(chǔ)熱是一種安全水平較高的儲(chǔ)能方式，利用硝酸鹽等熔鹽作為傳熱介質(zhì)，通過(guò)熔鹽的儲(chǔ)熱和放熱循環(huán)來(lái)存儲(chǔ)和放出能量，實(shí)現(xiàn)能量的有效遷移。熔鹽儲(chǔ)能的關(guān)鍵核心技術(shù)和設(shè)備包括熔鹽、電加熱器、儲(chǔ)罐以及換熱器等，廣泛應(yīng)用在以下3個(gè)方向：太陽(yáng)能光熱發(fā)電、耦合火電機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻、耦合新能源綠電供熱。
表1熔鹽儲(chǔ)能不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)比
針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，熔鹽的使用溫度區(qū)間和換熱過(guò)程均有較大差異?，F(xiàn)階段以解決光熱電站的技術(shù)需求為主，針對(duì)熔鹽儲(chǔ)能耦合火電機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻、綠電供熱等領(lǐng)域的系統(tǒng)性研究嚴(yán)重不足。
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熔鹽儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)
現(xiàn)有熔鹽的選型主要為耐高溫熔鹽和低熔點(diǎn)鹽。耐高溫熔鹽如技術(shù)成熟的Solar鹽，最高工作溫度達(dá)565℃，適合于高參數(shù)光熱發(fā)電或火電機(jī)組儲(chǔ)熱調(diào)峰系統(tǒng)。低熔點(diǎn)鹽通常為多元混合鹽，熔點(diǎn)低于240℃，如工程中常用的Hitec鹽等，能降低熔鹽凝固的風(fēng)險(xiǎn)，適用于較低參數(shù)的系統(tǒng)。
熔鹽儲(chǔ)罐主要有單罐、雙罐、多罐系統(tǒng)。單罐熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，適用于小面積生活供暖等領(lǐng)域，但存在斜溫層導(dǎo)致蓄熱效率降低的問(wèn)題。雙罐系統(tǒng)包含冷罐與熱罐，通過(guò)冷熱熔鹽分離并在2罐中循環(huán)換熱，避免了斜溫層問(wèn)題，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)也相對(duì)較低。在雙罐的基礎(chǔ)上還可進(jìn)一步增加儲(chǔ)罐數(shù)量，形成多罐系統(tǒng)，增大儲(chǔ)熱量。如哈密50 MW熔鹽塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目首創(chuàng)了雙熱罐、一冷罐的系統(tǒng)配置，提高了機(jī)組的可靠性和靈活性。
實(shí)現(xiàn)大規(guī)模熔鹽儲(chǔ)能的關(guān)鍵是兼具低成本、可實(shí)施性的高電壓等級(jí)熔鹽電加熱器的研發(fā)。目前，熔鹽電加熱器主要有電阻式、電極式、感應(yīng)式3種形式?，F(xiàn)有技術(shù)普遍為380V或690V的低壓電阻式加熱器，主要應(yīng)用于光熱發(fā)電場(chǎng)景。若用于電加熱熔鹽的場(chǎng)景如綠電供熱，則存在高壓綠電輸入與低壓加熱器不匹配而產(chǎn)生較高變電成本的問(wèn)題。目前，市面上總體缺乏成熟的高電壓熔鹽加熱器。
傳統(tǒng)的熔鹽換熱器有管殼式換熱器和套管式換熱器。管殼式換熱器是目前熔鹽換熱器的主要形式，許多研究者已通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算給出了推薦的管程、殼程換熱關(guān)聯(lián)式，對(duì)其傳熱特性進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述。套管式換熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耐高壓的優(yōu)點(diǎn)，在工程中也有應(yīng)用。與上述傳統(tǒng)換熱器相比，以印刷電路板換熱器為代表的緊湊式換熱器效率高且能承受高溫、高壓工況，在新型電力系統(tǒng)如熔鹽儲(chǔ)能與新型動(dòng)力循環(huán)的耦合中具有很大優(yōu)勢(shì)。表2整理了熔鹽關(guān)鍵技術(shù)的對(duì)比、分類(lèi)情況，以及不同的應(yīng)用場(chǎng)景下熔鹽、儲(chǔ)罐、加熱器選型的區(qū)別。
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熔鹽儲(chǔ)能在光熱領(lǐng)域的應(yīng)用
太陽(yáng)能光熱發(fā)電是新型電力系統(tǒng)的中堅(jiān)力量，擁有并網(wǎng)無(wú)障礙、連續(xù)發(fā)電調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。光熱電站將太陽(yáng)能以熱能的形式存儲(chǔ)在熔鹽中，后續(xù)利用熔鹽加熱給水獲取蒸汽，優(yōu)勢(shì)在于儲(chǔ)能容量大，對(duì)地理環(huán)境要求低，建設(shè)規(guī)?？蛇_(dá)10GW以上。光熱型熔鹽儲(chǔ)能電站的技術(shù)研究重點(diǎn)是如何降低其成本、提高安全性。
大部分光熱電站使用熔鹽雙罐系統(tǒng)，光熱和熔鹽的耦合形式分為間接和直接2種。雙罐熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)示意如圖1所示。
間接蓄熱系統(tǒng)需要換熱裝置來(lái)傳遞熱量，采用導(dǎo)熱油或水蒸氣作為傳熱流體，在熔鹽中蓄熱。間接蓄熱系統(tǒng)換熱過(guò)程為太陽(yáng)能-熔鹽-導(dǎo)熱油-蒸汽，熔鹽中儲(chǔ)存的熱能通過(guò)導(dǎo)熱油循環(huán)，到達(dá)蒸汽發(fā)生器換熱。間接蓄熱系統(tǒng)中熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)作為相對(duì)獨(dú)立的模塊存在，可用于改造普通光熱電站。因?qū)嵊偷臒岱€(wěn)定性不足，間接蓄熱的工作溫度一般規(guī)定在400℃以下。直接蓄熱系統(tǒng)采用熔鹽作為傳熱和蓄熱介質(zhì)，其換熱過(guò)程為太陽(yáng)能-熔鹽-蒸汽，不需要經(jīng)過(guò)導(dǎo)熱油循環(huán)，避免了不良換熱，適用于400～500℃的高溫工況，也可提高電站效率和朗肯循環(huán)效率。
光熱與熔鹽耦合的2種形式在工程中均有應(yīng)用。熔鹽間接蓄熱一般能保持較高的循環(huán)效率，比蒸汽蓄能成本更低，如西班牙Andasol槽式光熱電站是第一個(gè)大規(guī)模熔鹽間接蓄熱電站，容量約為1000MWh，儲(chǔ)能時(shí)間為7.5h。熔鹽直接蓄熱簡(jiǎn)化了電站設(shè)備組成，后期運(yùn)維便捷。典型的熔鹽直接蓄熱電站是美國(guó)Solar two項(xiàng)目，該項(xiàng)目使用的硝酸鹽混合鹽被稱(chēng)作Solar鹽，溫度范圍290~565℃。此后的塔式熔鹽光熱電站多沿用直接蓄熱方式與此工作溫度區(qū)間，如西班牙Gemasolar電廠、青海中控德令哈10MW項(xiàng)目。
未來(lái)光熱的發(fā)展主要在于高參數(shù)運(yùn)行及耦合新型動(dòng)力循環(huán)。高參數(shù)運(yùn)行涉及的關(guān)鍵技術(shù)為耐高溫熔鹽，選用碳酸鹽和部分MgCl2-KCl-NaCl混合體系的氯化鹽可提高系統(tǒng)的整體效率。光熱耦合新型動(dòng)力循環(huán)則主要涉及高參數(shù)熔鹽及熔鹽換熱器，以S-CO2布雷頓循環(huán)光熱發(fā)電系統(tǒng)為例，其中最高工作溫度可達(dá)800℃，冷熱罐熔鹽的溫差將達(dá)到100~120℃，儲(chǔ)能的難度更大，需要使用性能穩(wěn)定的寬溫域高參數(shù)熔鹽。
該系統(tǒng)參數(shù)高、效率高、部件緊湊，涉及的熔鹽-二氧化碳換熱器需耐受苛刻工況。在熔鹽-二氧化碳換熱領(lǐng)域可選擇緊湊式換熱器如印刷電路板換熱器，換熱效率高，能承受高達(dá)30MPa的高溫、高壓工況。印刷電路板換熱器用于熔鹽儲(chǔ)能和二氧化碳循環(huán)已有研究。何雅玲等設(shè)計(jì)并制造了一種翼形肋片印刷電路板換熱器，在工作壓力較小的熔鹽系統(tǒng)中采用換熱性能較好的肋片強(qiáng)化換熱通道。張虎忠等搭建了最高壓力和溫度分別為32 MPa和600℃的超臨界CO2換熱器試驗(yàn)平臺(tái)，深度掌握了超臨界CO2在印刷電路板換熱器中的流動(dòng)換熱特性。
光熱發(fā)電中，塔式通過(guò)吸熱塔吸收聚集的太陽(yáng)能，傳熱至熱罐；槽式通過(guò)集熱管收集太陽(yáng)能；線性菲涅爾式光熱發(fā)電成本低，在我國(guó)西部擁有良好的商業(yè)化前景；超臨界CO2用于光熱系統(tǒng)具有循環(huán)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢(shì)。光熱發(fā)電加熱器一般為低壓電阻式，以較低的成本滿足需求。除加熱器外，不同技術(shù)路線涉及的熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)存在的區(qū)別見(jiàn)表3
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熔鹽儲(chǔ)能在火電調(diào)峰領(lǐng)域的應(yīng)用
在火電機(jī)組中采用儲(chǔ)能可以實(shí)現(xiàn)削峰填谷，目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的是高溫熔鹽儲(chǔ)熱耦合火電機(jī)組調(diào)峰技術(shù)[20]。熔鹽-火電耦合系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于能極大地提高機(jī)組深度調(diào)峰和提供高溫蒸汽的能力。熔鹽-火電耦合形式多樣，如抽取部分主蒸汽和再熱蒸汽進(jìn)入熔鹽儲(chǔ)能模塊實(shí)現(xiàn)蒸汽蓄熱；用發(fā)電機(jī)出口電力加熱熔鹽的電加熱；通過(guò)煙氣-熔鹽換熱器實(shí)現(xiàn)的煙氣蓄熱以及結(jié)合以上幾種耦合形式的混合型加熱。為提高熔鹽-蒸汽換熱效率、增加儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)，火電調(diào)峰領(lǐng)域主要涉及高參數(shù)、寬溫域的熔鹽選型以及安全穩(wěn)定的雙罐熔鹽系統(tǒng)。
3.1蒸汽蓄熱
3.1.1再熱蒸汽加熱熔鹽
在火電機(jī)組正常運(yùn)行的同時(shí)抽取高壓主蒸汽和再熱蒸汽加熱熔鹽，該耦合系統(tǒng)能夠提高調(diào)峰性能和全過(guò)程循環(huán)效率，主要適用于亞臨界一次再熱機(jī)組500~600℃水平的蒸汽蓄熱。羅海華等通過(guò)計(jì)算證明了再熱蒸汽加熱熔鹽方案的可行性，該方案利用熔鹽存儲(chǔ)的熱量加熱給水，輸出工業(yè)蒸汽，能實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組熱電解耦和供熱調(diào)峰。熔鹽-火電耦合也可存在多個(gè)抽汽點(diǎn)，范慶偉等以600 MW機(jī)組為例，提出多罐-多換熱器儲(chǔ)熱系統(tǒng)，將再熱蒸汽分別引入2個(gè)加熱器，其中疏水段加熱器的?效率最高。
3.1.2再熱+過(guò)熱蒸汽加熱熔鹽
同時(shí)抽取再熱、過(guò)熱蒸汽與熔鹽換熱的技術(shù)路線能夠充分利用鍋爐所產(chǎn)生的高溫蒸汽，適用主蒸汽溫度為500～600℃。王輝等設(shè)計(jì)了火電機(jī)組超臨界百兆瓦級(jí)熔鹽儲(chǔ)能工藝流程，具體流程如圖2所示。其中，冷罐熔鹽預(yù)熱后分成兩路，分別進(jìn)入過(guò)熱加熱器和再熱加熱器，兩路混合后進(jìn)入熱鹽罐，實(shí)現(xiàn)熔鹽回路的流動(dòng)儲(chǔ)熱。該方案各工藝模塊均為閉式循環(huán)，在全過(guò)程中鍋爐和汽機(jī)的高溫工質(zhì)沒(méi)有減少或浪費(fèi)，能極大提高深度調(diào)峰能力和系統(tǒng)靈活性。
3.1.3高再冷段蒸汽加熱熔鹽
抽取再熱蒸汽加熱熔鹽可能導(dǎo)致再熱溫度超限，采用具有煙氣再循環(huán)的二次再熱機(jī)組可避免上述問(wèn)題。該技術(shù)路線適用于主蒸汽溫度600～620℃的二次再熱機(jī)組。
在上述機(jī)組中抽取高再冷段蒸汽加熱熔鹽，所儲(chǔ)熱能可用于加熱給水，供熱或供工業(yè)蒸汽，提高機(jī)組靈活性。張世剛以某超超臨界660MW二次再熱機(jī)組為研究對(duì)象，提出同時(shí)抽取一次和二次高再冷段高溫蒸汽進(jìn)行熔鹽蓄熱。龐力平等則模擬了二次再熱機(jī)組鍋爐和汽輪機(jī)的負(fù)荷響應(yīng)特性，結(jié)果表明高再冷段蒸汽用于熔鹽蓄熱，可提高二次再熱機(jī)組對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的響應(yīng)速率。
3.1.4直接蒸汽蓄熱技術(shù)DSG
針對(duì)超超臨界機(jī)組620℃以上的蒸汽蓄熱，就需要采用直接蒸汽蓄熱技術(shù)（Direct steam generation,DSG）。DSG電站中僅產(chǎn)出飽和蒸汽，無(wú)法采用常規(guī)的熔鹽冷、熱罐倒換運(yùn)行模式，缺乏合適的長(zhǎng)時(shí)間大規(guī)模儲(chǔ)熱系統(tǒng)。為解決DSG技術(shù)的瓶頸，可采用高參數(shù)熔鹽技術(shù)和多罐熔鹽系統(tǒng)來(lái)組成DSG的儲(chǔ)能裝置。如Seitz等人在DSG系統(tǒng)中耦合冷、熱、中間罐3罐熔鹽儲(chǔ)能，間接存儲(chǔ)給水蒸發(fā)的熱量，進(jìn)行預(yù)熱和過(guò)熱加熱。disor項(xiàng)目使用熔點(diǎn)為306℃的硝酸鈉熔鹽作為介質(zhì)，直接與水蒸氣進(jìn)行換熱。此類(lèi)特殊情況涉及高參數(shù)熔鹽，對(duì)熔鹽熱穩(wěn)定性的要求較高。
3.1.5蒸汽加熱熔鹽的不同情況
在主蒸汽蓄熱和再熱蒸汽蓄熱領(lǐng)域，熔鹽的選型存在區(qū)別。再熱蒸汽壓力參數(shù)較低，一般約為4MPa，對(duì)應(yīng)飽和蒸汽溫度約251℃。高溫主蒸汽和再熱蒸汽分別在不同熔點(diǎn)的熔鹽中蓄熱的情況如圖3所示。
由圖3a)可見(jiàn)，由于點(diǎn)a處夾點(diǎn)溫度的存在，熔鹽被加熱的溫度受到熔鹽最低使用溫度和夾點(diǎn)溫度的限制，其使用溫度范圍有限。常見(jiàn)的低熔點(diǎn)熔鹽使用溫度范圍為140~450℃，受到夾點(diǎn)溫度影響，其最高溫度僅能被加熱至400℃左右。若降低熔點(diǎn)，選擇熔點(diǎn)在100℃左右的熔鹽，其使用溫度上限就可以提升至450℃，但此類(lèi)熔鹽的應(yīng)用研究尚不充分，工程實(shí)際中使用較少。若采用常規(guī)Solar鹽，其使用溫度為260~565℃，此時(shí)熔鹽最低工作溫度已經(jīng)接近飽和蒸汽線，被再熱蒸汽加熱的空間較小，并不適用于該場(chǎng)景。綜上所述，在再熱蒸汽蓄熱的情景下，宜采用熔點(diǎn)較低的熔鹽，其最高使用溫度無(wú)需設(shè)置過(guò)高。
與之相反，主蒸汽的參數(shù)較高，以14MPa主蒸汽為例，對(duì)應(yīng)飽和蒸汽溫度約335℃，如圖3b)點(diǎn)b，其夾點(diǎn)位置相對(duì)更高，對(duì)熔鹽加熱的限制相對(duì)較小。圖3b)描述了同一參數(shù)的主蒸汽加熱不同參數(shù)熔鹽的情況，此時(shí)常見(jiàn)的低熔點(diǎn)熔鹽工作溫度范圍為140℃~450℃，最高溫度可進(jìn)一步拓展，而Solar鹽工作溫度約260℃~565℃，在此蒸汽參數(shù)下,只能被加熱到420℃左右，若降低熔點(diǎn)，則熔鹽甚至可被加熱到530℃以上。由此可見(jiàn)，針對(duì)主蒸汽蓄熱供熱場(chǎng)景，常規(guī)熔鹽即可適用，但是對(duì)于主蒸汽蓄熱后還要再產(chǎn)生蒸汽的熔鹽蓄熱場(chǎng)景，適用于熔點(diǎn)較低但是最高溫度較高的寬溫域熔鹽。
3.2發(fā)電機(jī)出口電加熱熔鹽
發(fā)電機(jī)出口電加熱熔鹽技術(shù)路線是利用電廠發(fā)電機(jī)出口的高壓電加熱熔鹽，將儲(chǔ)存的熱能輸出為調(diào)峰電能，即“電-熱-電”轉(zhuǎn)化。所存儲(chǔ)熱能也可用于實(shí)現(xiàn)供熱，即“電-熱-熱”轉(zhuǎn)化。
電加熱熔鹽儲(chǔ)能啟停方便，能提高現(xiàn)有儲(chǔ)熱和發(fā)電設(shè)備的利用率，降低棄風(fēng)棄光率，提升電站效益。與光熱發(fā)電和電化學(xué)儲(chǔ)能相比，電加熱熔鹽通過(guò)在電廠發(fā)電機(jī)出口增加電加熱熔鹽裝置就能實(shí)現(xiàn)，成本下降空間大；與鋰電池等儲(chǔ)電池相比，其優(yōu)勢(shì)為兼具火電靈活性改造的功能，滿足靈活調(diào)峰調(diào)頻等工況需要。
在電加熱熔鹽的使用情景下，電能直接來(lái)源于發(fā)電機(jī)出口，功率規(guī)模大，使用傳統(tǒng)低壓電阻式熔鹽加熱器不能滿足需求。因此，需要采用高電壓加熱系統(tǒng)如高電壓電阻式、感應(yīng)式、電極式加熱器。高電壓熔鹽加熱器電壓等級(jí)可達(dá)6～10kV，可避免低壓電阻式加熱方案中輸電線路損耗高的問(wèn)題，成本較低。
“電-熱-電”熔鹽電蓄熱是一種電熱儲(chǔ)能，即“卡諾電池”技術(shù)?？刹捎秒p罐熔鹽系統(tǒng)，通過(guò)冷熱罐循環(huán)放熱發(fā)電。“電-熱-熱”轉(zhuǎn)化的情況下，熔鹽電蓄熱與固體蓄熱具有相似性，并且可以結(jié)合。張家口市崇禮區(qū)城建小區(qū)使用固體蓄熱電鍋爐，綠電進(jìn)入110kV電鍋爐加熱鎂磚至500～550℃，所儲(chǔ)熱能再通過(guò)換熱器傳導(dǎo)至熱水，熱水進(jìn)入集中供熱系統(tǒng)。
3.3煙氣蓄熱
大型火電機(jī)組中的高溫?zé)煔饪蛇_(dá)700～800℃，若能在熔鹽中蓄熱形成穩(wěn)定熱源，就可以實(shí)現(xiàn)較高參數(shù)的可持續(xù)供暖或供生活熱水，同時(shí)也使鍋爐適應(yīng)熱負(fù)荷變化較大的供熱需要，提高機(jī)組調(diào)峰能力。熔鹽煙氣蓄熱涉及高參數(shù)熔鹽以及特殊的煙氣-熔鹽換熱器。
目前，關(guān)于高溫?zé)煔馀c熔鹽的儲(chǔ)熱換熱設(shè)備有許多設(shè)計(jì)，如引導(dǎo)煙氣穿過(guò)加熱棒，實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔馊埯}儲(chǔ)熱的特殊換熱通道，以及利用高溫?zé)煔饧訜崛埯}的自冷卻屏式加熱器等，其優(yōu)勢(shì)在于傳熱溫差大，熱量品位高。煙氣-熔鹽換熱器還可收集煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的高溫余熱，由多根并聯(lián)的金屬管束組成并設(shè)置在煙腔內(nèi)。
通過(guò)煙氣-熔鹽換熱器收集煙氣廢熱，可通過(guò)熔鹽雙罐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)再利用。利用雙罐熔鹽中儲(chǔ)熱實(shí)現(xiàn)發(fā)電的循環(huán)包括：低溫熔鹽從煙氣出口進(jìn)入換熱器管束，與煙氣換熱成為高溫熔鹽；依次經(jīng)過(guò)過(guò)熱器、蒸發(fā)器、預(yù)熱器加熱給水，輸出過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，換熱后的低溫熔鹽回到儲(chǔ)罐。
現(xiàn)有的高溫?zé)煔馊埯}換熱器適用溫度范圍較小，無(wú)法利用低濃度煙氣的余熱，在安全性和蓄熱換熱能力方面依然有待提高。表4為蒸汽、電蓄熱、煙氣蓄熱情景下對(duì)熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)的選擇。
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熔鹽儲(chǔ)能在綠電供熱領(lǐng)域的應(yīng)用
新能源發(fā)電稱(chēng)作綠電，綠電供熱是新能源消納的一種新途徑，是指使用低谷電或風(fēng)、光富余電量加熱熔鹽，經(jīng)過(guò)電-熔鹽-給水的熱傳遞，用于入戶供暖。一般通過(guò)雙罐熔鹽系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)綠電供熱，其原理如圖4所示。使用綠電棄電或谷電將熔鹽加熱并儲(chǔ)存在高溫熔鹽罐中，白天將高溫熔鹽從罐中抽出，通過(guò)熔鹽換熱器加熱給水，滿足多種需求。如供給90℃熱水實(shí)現(xiàn)常規(guī)居民供熱，供給180～360℃的中低溫工業(yè)蒸汽，以及500℃以上的高溫蒸汽。換熱后降溫的熔鹽再流入低溫熔鹽罐，完成循環(huán)。
綠電供熱是一種高效的清潔供暖方式，在各地已開(kāi)展試點(diǎn)工程。河北辛集熔鹽蓄熱低谷電綠色供暖示范工程以低熔點(diǎn)鹽作為傳熱、蓄熱工質(zhì)，利用電網(wǎng)10h的低谷電力加熱熔鹽用于供給生活熱水，儲(chǔ)熱時(shí)長(zhǎng)16h。北京市燃?xì)鉄崃嶂行膶⒁归g低谷綠電轉(zhuǎn)化為熱能儲(chǔ)存在180～390℃的熔鹽中，白天使用熔鹽儲(chǔ)熱為北京西站地區(qū)供暖，同時(shí)對(duì)外供應(yīng)穩(wěn)定的中低溫工業(yè)蒸汽。
與燃?xì)夤┡啾?，綠電供熱的運(yùn)行費(fèi)用更低；與熱泵供暖技術(shù)相比，其初投資較低；與水蓄熱式電采暖相比，其優(yōu)勢(shì)在于占地面積小，蓄能密度高。部分綠電供熱機(jī)組能夠同時(shí)供應(yīng)100℃以下的民用熱水和各類(lèi)工業(yè)蒸汽，熱效率較高，為火電機(jī)組改造提供了新方向。
綠電供熱涉及的關(guān)鍵技術(shù)為安全穩(wěn)定的雙罐系統(tǒng)、高效率的換熱器和高電壓熔鹽電加熱器。普通生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)中常使用浮動(dòng)盤(pán)管型彈性管束換熱器，而在熔鹽-水換熱的情景下，需要在管殼式熔鹽換熱器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造優(yōu)化。
由于直接接入電網(wǎng)的熔鹽加熱器可以節(jié)省變電成本，綠電供熱也需要成熟可靠的高電壓熔鹽加熱器，如各類(lèi)高壓電阻式、電極式、電磁感應(yīng)式加熱器。對(duì)于部分只提供民用熱水或中低溫工業(yè)蒸汽的機(jī)組，也可直接采用380V電極式或電阻式熔鹽加熱爐?？偨Y(jié)綠電供熱不同技術(shù)路線適用的關(guān)鍵技術(shù)見(jiàn)表5。
在綠電供熱場(chǎng)景中，由熔鹽加熱蒸汽或過(guò)冷水，應(yīng)根據(jù)不同的情況選擇低參數(shù)或高參數(shù)熔鹽。綠電供熱中熔鹽蒸汽換熱情況如圖5所示。由圖5a)可見(jiàn)，蒸汽的升溫受到夾點(diǎn)a的限制，若要輸出超過(guò)500℃的高溫工業(yè)蒸汽，就需要提高熔鹽的蓄熱溫度至約600℃，選用高參數(shù)熔鹽與蒸汽進(jìn)行換熱。在供應(yīng)中低溫工業(yè)蒸汽時(shí)，使用熔點(diǎn)較低的硝酸鹽熔鹽即能滿足需求（圖5b）。熔鹽加熱蒸汽的過(guò)程受夾點(diǎn)b溫度限制，最終在低參數(shù)熔鹽工作區(qū)間150~450℃，可供應(yīng)1.2 MPa、370℃的蒸汽。
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結(jié)論
1）目前，熔鹽儲(chǔ)能相關(guān)技術(shù)多樣，但各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)都存在欠缺,限制了熔鹽儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)中的應(yīng)用發(fā)展。
目前，在多元混合熔鹽領(lǐng)域，低熔點(diǎn)鹽主要是鋰、鈣、鉀等元素的硝酸鹽和亞硝酸鹽體系，如Hitec鹽。耐高溫鹽中氯化鹽的腐蝕性以及碳酸鹽的易分解性缺陷，還需要展開(kāi)針對(duì)研究，為市場(chǎng)提供更多商業(yè)化熔鹽材料。另外，在熔鹽儲(chǔ)罐的預(yù)熱、變工況方面研究不足，大型高溫熔鹽儲(chǔ)罐缺乏完善的制造標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。
市場(chǎng)缺乏成熟的高電壓等級(jí)熔鹽電加熱器，部分電磁感應(yīng)加熱器雖可接入高電壓，但成本較高，并不具備普遍實(shí)施性。目前，廣泛采用的傳統(tǒng)管殼式換熱器，存在未兼顧以熔鹽為工質(zhì)的情況，缺少針對(duì)優(yōu)化熔鹽換熱器的構(gòu)型展開(kāi)的實(shí)驗(yàn)研究。
2）熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)突破能提高效率、降低成本，也是增強(qiáng)光熱電站競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵所在。
目前在光熱領(lǐng)域，我國(guó)已具備了支撐光熱發(fā)電大規(guī)模發(fā)展的基礎(chǔ)。太陽(yáng)能光熱發(fā)電的成本控制主要通過(guò)提高系統(tǒng)效率和降低設(shè)備成本兩方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在提高系統(tǒng)效率方面主要有2種途徑：（1）高參數(shù)光熱發(fā)電，使用溫度區(qū)間和儲(chǔ)熱容量更大，循環(huán)效率更高；（2）光熱耦合新型動(dòng)力循環(huán)，如熔鹽儲(chǔ)能耦合S-CO2光熱發(fā)電系統(tǒng)，需要采用耐高溫高壓的印刷電路板換熱器，儲(chǔ)熱系統(tǒng)溫度需超過(guò)700℃，但目前還沒(méi)有成熟的商用熔鹽可以滿足需求，存在技術(shù)瓶頸。
降低成本應(yīng)從熔鹽儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)入手，如關(guān)于下一代光熱電站熔鹽的選型，期望同時(shí)滿足低熔點(diǎn)、耐高溫、低成本的要求。但關(guān)于不同熔鹽、儲(chǔ)罐、加熱器等的選型還需要進(jìn)一步細(xì)化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形成規(guī)范評(píng)價(jià)體系，促進(jìn)技術(shù)配套實(shí)現(xiàn)。
3）火電機(jī)組與熔鹽儲(chǔ)能結(jié)合是增加機(jī)組靈活性，提高全過(guò)程循環(huán)效率的有效方式。但目前針對(duì)火電機(jī)組與熔鹽儲(chǔ)能耦合的運(yùn)行工況研究較少，雙罐系統(tǒng)在其中的安全性保證仍需進(jìn)一步實(shí)踐研究。
現(xiàn)有熔鹽-火電耦合發(fā)電系統(tǒng)的研究范圍多針對(duì)主蒸汽溫度620℃以下的機(jī)組，關(guān)于超超臨界機(jī)組主蒸汽溫度620℃以上的熔鹽蒸汽蓄熱還缺乏成熟落地的方案。目前，抽取再熱或過(guò)熱蒸汽加熱熔鹽的方案可行性已被證實(shí)，但具體抽汽量的標(biāo)準(zhǔn)尚不明確，對(duì)火電系統(tǒng)整體的負(fù)面影響也需要進(jìn)一步對(duì)比研究。
（作者：左芳菲，韓 偉，姚明宇）
