中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在“雙碳”目標(biāo)的背景下，儲(chǔ)能行業(yè)迎來(lái)了更廣闊的發(fā)展空間。抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能、熔鹽儲(chǔ)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(yáng)能、風(fēng)能不穩(wěn)定等問(wèn)題。這些技術(shù)可以更好地滿足能源供給與需求在時(shí)間、空間和強(qiáng)度上的不匹配問(wèn)題。
2022年3月，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局印發(fā)了《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》，方案提出到2025年新型儲(chǔ)能由商業(yè)化初期步入規(guī)模化發(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(chǔ)能配置比例，“新能源+儲(chǔ)能”開(kāi)發(fā)建設(shè)模式初顯成效，其中熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)未來(lái)將是火電調(diào)峰主要技術(shù)路線之一。本文將從熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)的概念、價(jià)值、應(yīng)用場(chǎng)景等方面介紹其發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，從而為產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)提供決策參考。
01.熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)概念與特點(diǎn)
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(wú)機(jī)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(qiáng)、系統(tǒng)壓力小、經(jīng)濟(jì)性較好等一系列的優(yōu)點(diǎn)，目前已成為光熱電站傳熱和儲(chǔ)熱介質(zhì)的首選。熔鹽儲(chǔ)能是一種利用熔鹽的儲(chǔ)熱能力，將太陽(yáng)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(chǔ)藏起來(lái)，在需要時(shí)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(chǔ)能的價(jià)值主要體現(xiàn)在三個(gè)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(wèn)題；實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷、系統(tǒng)調(diào)頻、負(fù)荷平滑等功能，提高電網(wǎng)安全性和經(jīng)濟(jì)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(chǔ)能作為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能方式，具備以下特點(diǎn)：儲(chǔ)能規(guī)模較大，熔鹽儲(chǔ)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(chǔ)。儲(chǔ)能時(shí)間長(zhǎng)，熔鹽儲(chǔ)能的存儲(chǔ)時(shí)間可達(dá)到10小時(shí)以上。初始投資成本較高，熔鹽儲(chǔ)能的投資成本約500萬(wàn)/MWh，與抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能的初始投資成本相近，相比電化學(xué)儲(chǔ)能，初始投資成本較高。能量轉(zhuǎn)換效率較低，熔鹽儲(chǔ)能的效率普遍低于60%，相較電化學(xué)與機(jī)械儲(chǔ)能方式，轉(zhuǎn)化效率比較低。
與目前主流的鋰電儲(chǔ)能技術(shù)相比，熔鹽儲(chǔ)能具有壽命高、規(guī)?；杀镜汀踩愿叩葍?yōu)勢(shì)，在未來(lái)多種儲(chǔ)能并存的情境下，熔鹽儲(chǔ)能或?qū)⒄紦?jù)重要位置。
02.熔鹽儲(chǔ)能市場(chǎng)及重點(diǎn)應(yīng)用
熔鹽儲(chǔ)能是全球第三大儲(chǔ)能模式，目前市場(chǎng)處于上升趨勢(shì)。截至2022年底，全球累計(jì)裝機(jī)容量為6.1GW，約占儲(chǔ)能裝機(jī)總?cè)萘康?.6%。西班牙、美國(guó)和中國(guó)是熔鹽儲(chǔ)能市場(chǎng)的三大主要國(guó)家。西班牙和美國(guó)已經(jīng)達(dá)到了一定的市場(chǎng)規(guī)模，中國(guó)市場(chǎng)也已出現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)勢(shì)頭。2022年中國(guó)熔鹽儲(chǔ)能裝機(jī)容量為0.52GW，遠(yuǎn)期預(yù)計(jì)到2030年，國(guó)內(nèi)熔鹽儲(chǔ)能裝機(jī)容量將超過(guò)16GW，總投資超過(guò)2000億元。
熔鹽儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)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(chǔ)能等。其中光熱發(fā)電和火電機(jī)組靈活性改造是需要重點(diǎn)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(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，通過(guò)熱功轉(zhuǎn)換過(guò)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(chǔ)換熱和發(fā)電四大系統(tǒng)，其運(yùn)行原理基本是借助定日鏡將太陽(yáng)光匯聚到太陽(yáng)能收集裝置，然后利用太陽(yáng)能循環(huán)加熱儲(chǔ)能介質(zhì)，并依靠?jī)?chǔ)能介質(zhì)的顯熱與水進(jìn)行熱交換產(chǎn)生蒸汽，從而驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。主要設(shè)備部件包括定日鏡、吸熱塔、吸熱器、熔鹽儲(chǔ)罐、蒸汽發(fā)生器和汽輪發(fā)電機(jī)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(yáng)能集熱器內(nèi)，吸收熱能升溫后進(jìn)入熱熔鹽儲(chǔ)罐中，隨后高溫熔融鹽流進(jìn)熔鹽蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)運(yùn)行發(fā)電，而熔鹽溫度降低后流回冷熔鹽儲(chǔ)罐。
由于綜合成本較高，光熱發(fā)電在我國(guó)整體還處于發(fā)展初期。截至 2022年底，我國(guó)并網(wǎng)發(fā)電太陽(yáng)能熱發(fā)電示范項(xiàng)目共9個(gè)，累計(jì)裝機(jī)容量588MW， 在全球光熱發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量中占比8.3%。自2023年開(kāi)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(biāo)加速，整個(gè)市場(chǎng)將步入千億級(jí)規(guī)模階段。預(yù)計(jì)2024年底前投產(chǎn)的光熱發(fā)電項(xiàng)目29個(gè)，總裝機(jī)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(shì)看，儲(chǔ)熱是太陽(yáng)能熱發(fā)電連續(xù)性的一個(gè)重要因素，儲(chǔ)熱問(wèn)題涉及材料和熱學(xué)的耦合，其中800℃以上固體儲(chǔ)熱和熔融鹽儲(chǔ)熱是今后應(yīng)對(duì)混合型電站較有前景的儲(chǔ)熱材料，因此需要對(duì)高可靠性儲(chǔ)熱材料和系統(tǒng)以及具有固有安全性的熔融鹽吸熱儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行研究。
火電機(jī)組靈活性改造
火電機(jī)組靈活性改造的目標(biāo)是增加調(diào)峰深度、實(shí)現(xiàn)快速啟停、加快爬坡能力，其中重點(diǎn)是提高機(jī)組的深度調(diào)峰能力，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳。受限于鍋爐調(diào)峰深度有限、機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性不足的問(wèn)題，頻繁、大幅度地調(diào)節(jié)會(huì)降低火電機(jī)組使用壽命，并導(dǎo)致收益較低。熔鹽儲(chǔ)能可利用機(jī)組鍋爐蒸汽，增強(qiáng)火電深度調(diào)峰能力。同時(shí)，儲(chǔ)熱技術(shù)可使火電機(jī)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(chǔ)熱系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在綜合效率高，大幅增加火電廠深度調(diào)峰能力，儲(chǔ)熱時(shí)間長(zhǎng)，儲(chǔ)熱參數(shù)高，使用壽命長(zhǎng)等方面。同時(shí)改造后的火電機(jī)組可以更好的適應(yīng)電力市場(chǎng)改革，獲取更多輔助服務(wù)收益。電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易進(jìn)程加快后，帶有熔鹽儲(chǔ)能的火電機(jī)組可以大規(guī)模儲(chǔ)熱，存儲(chǔ)谷電，在電價(jià)高的時(shí)候釋放熱量獲取高收益。同時(shí)大容量熔鹽儲(chǔ)能可以拓展火電靈活機(jī)組的供熱場(chǎng)景，創(chuàng)造額外供熱、供蒸汽收益。
熔鹽儲(chǔ)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(guó)信靖江電廠熔鹽儲(chǔ)能調(diào)峰供熱項(xiàng)目正式投運(yùn)，是中國(guó)首個(gè)真正意義上采用熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)的大規(guī)?；痣娬{(diào)峰/調(diào)頻/供熱項(xiàng)目。該項(xiàng)目具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，核心設(shè)備全部國(guó)產(chǎn)化，是目前全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)煤電耦合熔鹽儲(chǔ)熱的成功范例。
該項(xiàng)目包括2×660MW機(jī)組熔鹽儲(chǔ)能調(diào)峰供熱項(xiàng)目，設(shè)計(jì)配套儲(chǔ)熱量75MWh，采購(gòu)用于儲(chǔ)熱的無(wú)機(jī)鹽1260噸，EPC總承包價(jià)格約4188萬(wàn)元，其中無(wú)機(jī)鹽604萬(wàn)元，儲(chǔ)罐設(shè)備186萬(wàn)元，分別占比14%和4%。經(jīng)測(cè)算，該工程投運(yùn)后每年可增加新能源消納電量3億千瓦時(shí)，保障近2萬(wàn)戶居民和企業(yè)使用可再生的綠色電力，每年減少10萬(wàn)噸燃煤和24萬(wàn)噸二氧化碳排放，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益多贏。
在政策驅(qū)動(dòng)下，煤電機(jī)組靈活性改造進(jìn)程將顯著加快，而熔鹽儲(chǔ)能作為火電靈活性改造的配套方案，有望迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇期。國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局于2021年11月發(fā)布的《全國(guó)煤電機(jī)組改造升級(jí)實(shí)施方案》提出，存量煤電機(jī)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(wàn)-4000萬(wàn)千瓦，實(shí)現(xiàn)煤電機(jī)組靈活制造規(guī)模1.5億千瓦。預(yù)計(jì)十四五期間該領(lǐng)域熔鹽儲(chǔ)能項(xiàng)目市場(chǎng)空間將達(dá)到千億級(jí)。
技術(shù)趨勢(shì)方面，控制熔鹽的原材料成本將是主要方向。以“多低”特點(diǎn)抑制熔鹽儲(chǔ)能成本上漲，“低熔點(diǎn)、低成本、更低氯離子”是下一代熔鹽儲(chǔ)能新材料的核心特點(diǎn)。
化信觀點(diǎn)
熔鹽儲(chǔ)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(jiàn)的化學(xué)材料，目前國(guó)內(nèi)熔鹽供應(yīng)和化鹽服務(wù)較為成熟。同時(shí)，熔鹽儲(chǔ)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(guò)光熱發(fā)電配儲(chǔ)市場(chǎng)培育，熔鹽儲(chǔ)熱產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展較為成熟。若市場(chǎng)需求進(jìn)一步擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)鏈投資成本有望下降。
從競(jìng)爭(zhēng)情況來(lái)看，整體市場(chǎng)參與企業(yè)眾多，各個(gè)環(huán)節(jié)競(jìng)爭(zhēng)格局尚不明朗，新進(jìn)入機(jī)會(huì)仍然較高。產(chǎn)業(yè)鏈上游方面，目前國(guó)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(lán)星北化機(jī)、西子潔能、藍(lán)科高新等；熔鹽泵方面的蘭州蘭泵、濟(jì)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(chǔ)能EPC行業(yè)的企業(yè)主要有包括特變電工、華西能源、中國(guó)電建、中國(guó)能建等。
總體來(lái)說(shuō)，在能源轉(zhuǎn)型與綠色低碳的大背景下，熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)處于市場(chǎng)需求爆發(fā)的初期，未來(lái)在光熱發(fā)電、火電改造、園區(qū)儲(chǔ)能供熱等場(chǎng)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(jìn)一步增加品牌知名度，加強(qiáng)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(chǔ)能系統(tǒng)，但需要謹(jǐn)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(shí)，做到投資回報(bào)比最優(yōu)。
