中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：8月24日—26日，2024碳中和能源高峰論壇暨第四屆中國(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)與新型儲(chǔ)能技術(shù)青年科學(xué)家論壇在深圳正式舉辦。在8月26日下午進(jìn)行的新型儲(chǔ)能技術(shù)青年科學(xué)家論壇上，北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院教授、院長(zhǎng)助理張燦燦做了題為《熔鹽長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景及研究進(jìn)展》的主題報(bào)告演講。
以下內(nèi)容根據(jù)大會(huì)發(fā)言整理，僅供參考。
大家好，非常榮幸能在這里向大家匯報(bào)一下我們課題組在熔鹽長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能方面的一些研究進(jìn)展，這可能有別于前面一些儲(chǔ)能技術(shù)，前面是電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能，我們是儲(chǔ)熱技術(shù)。
我的匯報(bào)分三方面，首先給大家介紹一下什么是熔鹽，熔鹽在常溫下是粉末狀的，比如我們吃的食鹽，也可以是熔鹽的一種材料。在高溫下慢慢溶化變成液體，現(xiàn)在主要的熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)是用熔鹽的顯熱儲(chǔ)熱。我們對(duì)熔鹽的定義，通常用的是兩種或者兩種以上的無(wú)機(jī)鹽，通過(guò)一定的比例得到一個(gè)共晶的熔鹽，這樣的熔鹽可以降低熔點(diǎn)，比分解溫度要高，進(jìn)一步拓寬了液體溫度范圍，增加了儲(chǔ)能密度。
現(xiàn)有的熔鹽儲(chǔ)熱主要是雙罐高溫熔鹽液體顯熱儲(chǔ)熱，是低成本壽命大容量長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。熔鹽儲(chǔ)能主要優(yōu)點(diǎn)：儲(chǔ)能密度高、儲(chǔ)能成本低。與電化學(xué)儲(chǔ)能成本低，它的傳熱系數(shù)高，可以精確的控制熔鹽的進(jìn)出口溫度，調(diào)控它的儲(chǔ)熱或者進(jìn)熱的速率。
熔鹽儲(chǔ)能在“雙碳”目標(biāo)中將發(fā)揮重要作用。現(xiàn)有的儲(chǔ)能技術(shù)主要以抽水蓄能為主，單單依靠抽水蓄能沒(méi)有辦法完全滿足我國(guó)將來(lái)在“雙碳”目標(biāo)下對(duì)儲(chǔ)能的需求，就迫切需要發(fā)展除了抽水蓄能之外的新型低成本大容量的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。
熔鹽儲(chǔ)能可以應(yīng)用在哪些方面？比如供電側(cè)，太陽(yáng)能光熱發(fā)電、火電廠深度調(diào)峰和改造。電網(wǎng)側(cè)，比如我們用熱泵儲(chǔ)電還有壓縮空氣儲(chǔ)能電站里都可以用到熔鹽。用戶側(cè)，給企業(yè)供熱、供冷、供氣都可以。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，一半以上的能源都是以熱能的形式消耗，所以熔鹽儲(chǔ)能將來(lái)在能源里將會(huì)發(fā)揮非常重要的作用。
接下來(lái)給大家介紹一下熔鹽儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景。
熔鹽儲(chǔ)熱在太陽(yáng)能光熱電站里廣泛應(yīng)用，這和光伏的區(qū)別是光伏相當(dāng)于是把太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)換成電能，光熱發(fā)電有一個(gè)聚光集熱，把太陽(yáng)的熱量?jī)?chǔ)存在熔鹽里，通過(guò)換熱器產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，再推汽輪機(jī)做功。光電發(fā)熱有一個(gè)非常大的優(yōu)勢(shì)是自帶儲(chǔ)能屬性，可以實(shí)現(xiàn)一天24小時(shí)連續(xù)發(fā)電，沒(méi)有太陽(yáng)時(shí)也可以發(fā)電。太陽(yáng)能光熱發(fā)電和熔鹽儲(chǔ)能結(jié)合起來(lái)，可以提供連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的符合用戶要求的高品質(zhì)的電能。這是太陽(yáng)能光熱發(fā)電的特點(diǎn)。
太陽(yáng)能光熱發(fā)電主要分以下幾方面：主要有槽式、塔式、線性菲涅式、蝶式等。熔鹽既作為傳熱介質(zhì)又作為蓄熱介質(zhì)，西班牙、美國(guó)的太陽(yáng)能光熱電站建設(shè)比較早，我們國(guó)家2016年開(kāi)始陸續(xù)建設(shè)熔鹽儲(chǔ)熱傳熱太陽(yáng)能光熱發(fā)電站，一般位于我國(guó)西北地區(qū)，比如青海、新疆、甘肅。全世界首座也是我國(guó)第一座，線性菲涅熔鹽傳熱蓄熱電站在敦煌建成的。太陽(yáng)能光熱發(fā)電自帶儲(chǔ)能，具有可以參與調(diào)峰調(diào)頻，可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)發(fā)電。這是光伏、太陽(yáng)能發(fā)電最大的不同。
2024年3月底，我國(guó)在建和擬建的光熱發(fā)電項(xiàng)目，紅色是光電發(fā)熱裝機(jī)容量，總共在建的超過(guò)40多個(gè)，總共4800MW，基本在2025年要建成。
熔鹽可以用于電加熱的熔鹽儲(chǔ)熱聯(lián)合儲(chǔ)能電站，把棄風(fēng)棄光的電儲(chǔ)存起來(lái)，做成一個(gè)調(diào)峰儲(chǔ)能電站。氣體壓縮熱泵加熱熔鹽儲(chǔ)熱發(fā)電，實(shí)現(xiàn)和抽水蓄能相當(dāng)?shù)男省?chǔ)能密度和壽命。對(duì)于熱泵儲(chǔ)電，德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)等研究較早。美國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)建成示范項(xiàng)目，但沒(méi)有報(bào)道相關(guān)數(shù)據(jù)。
熔鹽的另外一個(gè)重要應(yīng)用場(chǎng)景是在火電靈活性改造，隨著我國(guó)可再生能源裝機(jī)容量增加，發(fā)電量上升，需要對(duì)火電廠的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)。這個(gè)調(diào)節(jié)有很多種方法，比如提升了火電機(jī)組的爬坡速率、增加調(diào)節(jié)能力等等。儲(chǔ)熱技術(shù)已經(jīng)成為火電廠實(shí)現(xiàn)熱電解耦和火電廠儲(chǔ)熱靈活改造。主要的技術(shù)特點(diǎn)是：將汽輪機(jī)的蒸汽抽出存儲(chǔ)，減少蒸汽做功，實(shí)現(xiàn)降負(fù)荷。在高峰時(shí)間可以把抽出來(lái)的蒸汽返回到機(jī)組做功。為什么說(shuō)熔鹽儲(chǔ)熱在火電靈活性改造非常適合？這是由于火電廠蒸汽參數(shù)和熔鹽儲(chǔ)熱參數(shù)非常匹配，現(xiàn)在我們課題組也研發(fā)出了一系列600多度的熔鹽儲(chǔ)熱材料。高溫蒸汽熔鹽儲(chǔ)熱是實(shí)現(xiàn)火電廠深度調(diào)峰最有潛力的。對(duì)于600兆瓦的機(jī)組，我們通過(guò)不同的技術(shù)路線進(jìn)行了研究（見(jiàn)PPT）。通過(guò)理論計(jì)算，不論是電加熱熔鹽儲(chǔ)熱還是主蒸汽、再熱蒸汽，都可以實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)目標(biāo)降低15%。從綜合發(fā)電煤耗來(lái)說(shuō)，通過(guò)再熱蒸汽抽氣，深度調(diào)峰系統(tǒng)是最優(yōu)的方案。熔鹽儲(chǔ)熱在火電廠靈活性改造中已有兩個(gè)示范工程應(yīng)用，一個(gè)是江蘇國(guó)信靖江，還有一個(gè)是華能魏家峁電廠。
谷電或棄風(fēng)棄光電加熱熔鹽儲(chǔ)熱供熱可以把便宜的谷電或棄風(fēng)棄光電儲(chǔ)存在熔鹽中，需要的時(shí)候再釋放出去。這只是針對(duì)需要用熱的用戶，比較經(jīng)濟(jì)劃算，我們也計(jì)算了不同的供暖成本，得到的結(jié)論是谷電價(jià)格兩毛以下比較經(jīng)濟(jì)劃算。這是現(xiàn)在建成的用谷電或棄風(fēng)棄光電加熱熔鹽供暖的示范工程。
同時(shí)也可以用太陽(yáng)能/余熱加熱熔鹽蓄熱功能系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)分布式蓄熱技術(shù)，用戶用能的匹配。這是我們?cè)诤颖迸R城建成的示范工程（見(jiàn)PPT），也是中英國(guó)際合作項(xiàng)目，已經(jīng)通過(guò)國(guó)家科技部的驗(yàn)收。
熔鹽儲(chǔ)熱也可以在壓縮空氣中進(jìn)行應(yīng)用，現(xiàn)有的壓縮空氣儲(chǔ)熱主要是導(dǎo)熱油和水，如果壓縮空氣儲(chǔ)熱溫度需要到350度的，可以用低溫熔鹽進(jìn)行儲(chǔ)存，那么壓縮空氣儲(chǔ)能效率可以提高3-6%。
現(xiàn)在熔鹽儲(chǔ)熱總裝機(jī)能量大概21GWh，根據(jù)國(guó)際可再生能源署預(yù)測(cè)，2030年最高到631GWh。
接下來(lái)匯報(bào)一下我們團(tuán)隊(duì)在熔鹽儲(chǔ)熱方面的一些研究。
這是我們研究團(tuán)隊(duì)的老師，馬重芳老師、吳玉庭老師，包括團(tuán)隊(duì)的成員（見(jiàn)PPT）。
我們的研究主要通過(guò)以下三方面：熔鹽制備與熱物性測(cè)試、熔鹽對(duì)流換熱性能研究、系統(tǒng)示范工程應(yīng)用。
低熔點(diǎn)寬溫域低成本低腐蝕是熔鹽儲(chǔ)熱的研究方向。這是對(duì)于現(xiàn)有研究的總結(jié)。太陽(yáng)鹽、HTTEC鹽、碳酸鹽、氯化鹽都存在一系列問(wèn)題，在這個(gè)基礎(chǔ)上研發(fā)了一系列低成本、低熔點(diǎn)、寬溫域的混合熔鹽，進(jìn)行了一系列對(duì)比，紅色是我們自己研發(fā)的（見(jiàn)PPT）。
同時(shí)我們通過(guò)研發(fā)一系列低熔點(diǎn)熔鹽的納米流體，提高儲(chǔ)熱密度和流動(dòng)傳熱性能。我們也在國(guó)內(nèi)建立了首個(gè)熔鹽流動(dòng)傳熱試驗(yàn)平臺(tái)，獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和我們發(fā)表的文章也被美國(guó)愛(ài)達(dá)荷核能實(shí)驗(yàn)室作為熔鹽傳熱的推薦計(jì)算公式，在他們報(bào)告里把我們得到的文獻(xiàn)結(jié)果寫在他們的報(bào)告里。我們也研發(fā)了一系列換熱設(shè)備，包括單罐熔鹽、熔鹽換熱器等等。這是我們現(xiàn)有的熔鹽應(yīng)用工程，比如華能魏家峁電廠里，它的抽蒸汽儲(chǔ)熱用的是我們的低熔點(diǎn)熔鹽。我們的熔鹽也在鋼鐵行業(yè)淬火里，也在供暖里應(yīng)用。
我們也獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目支持，我們是寬液體高溫熔鹽儲(chǔ)熱項(xiàng)目的負(fù)責(zé)單位，吳老師是項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，發(fā)表了一系列文章，申請(qǐng)了一系列專利標(biāo)準(zhǔn)，包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在我們起草的一個(gè)熔鹽的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)這個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也被升級(jí)為IEC的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
我們與國(guó)電投成立了國(guó)家能源用戶側(cè)儲(chǔ)能創(chuàng)新研發(fā)中心，和浙江高晟研究院成立了聯(lián)合研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，也和百川光熱、中能建數(shù)科、中船新能源、中能建北京電力等等成立了一系列聯(lián)合研發(fā)中心。
總結(jié)：
熔鹽儲(chǔ)熱是低成本長(zhǎng)壽命大容量的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，在核電、太陽(yáng)能熱發(fā)電、谷電或棄風(fēng)棄光熔鹽蓄熱式供熱、火電廠調(diào)峰調(diào)頻電站、間歇高溫工業(yè)余熱蓄熱、高溫工業(yè)傳熱等領(lǐng)域都有應(yīng)用價(jià)值，市場(chǎng)空間巨大。
北京工業(yè)大學(xué)在北京重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、973和863、國(guó)家自然科學(xué)基金等六千多萬(wàn)元科研經(jīng)費(fèi)支持下，先后開(kāi)發(fā)了6種低熔點(diǎn)寬液體溫域混合熔鹽配方，大幅度提高了熔鹽的儲(chǔ)能密度，降低了儲(chǔ)能材料和系統(tǒng)的投資，降低了系統(tǒng)凍堵風(fēng)險(xiǎn)和防凍堵代價(jià)，滿足了高參數(shù)高效儲(chǔ)熱發(fā)電和高溫傳熱的需求。
團(tuán)隊(duì)研發(fā)的低熔點(diǎn)寬液體溫域高溫混合熔鹽先后載貨電廠靈活性改造、低谷電加熱熔鹽蓄熱供暖示范工程，熔鹽傳熱蓄熱的但螺桿有機(jī)朗肯循環(huán)分布式太陽(yáng)能熱發(fā)電示范工程等項(xiàng)目中進(jìn)行了應(yīng)用，運(yùn)行性能優(yōu)良。
再次非常感謝課題組各位老師同學(xué)的付出，也感謝國(guó)家科技部、國(guó)家基金委、北京市、青海省、內(nèi)蒙古等等各個(gè)部門的支持。
我的匯報(bào)到此結(jié)束，敬請(qǐng)批評(píng)指正，謝謝大家！
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