中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)已經(jīng)在火電機(jī)組靈活性改造、谷電/棄電儲(chǔ)熱和退役機(jī)組改造等領(lǐng)域得到應(yīng)用。但這項(xiàng)技術(shù)要實(shí)現(xiàn)規(guī)?；茝V，還需要破解成本、標(biāo)準(zhǔn)等方面的難題。
位于青海省海西州德令哈市的青海中控50兆瓦光熱電站，是全球首個(gè)年發(fā)電量超過(guò)年設(shè)計(jì)發(fā)電量的塔式熔鹽儲(chǔ)能光熱電站。
8月30日，我國(guó)目前最大規(guī)模的“火電熔鹽儲(chǔ)熱”項(xiàng)目在安徽宿州電廠正式投運(yùn)，該項(xiàng)目采用390攝氏度高溫和190攝氏度低溫兩個(gè)熔鹽儲(chǔ)罐進(jìn)行儲(chǔ)熱，儲(chǔ)熱工質(zhì)為三元熔鹽，設(shè)計(jì)儲(chǔ)熱容量為1000兆瓦時(shí)。
近年來(lái)，隨著儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展，火電機(jī)組耦合儲(chǔ)能技術(shù)逐漸成為火電靈活性改造的主流，熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)就是其中之一。
熔鹽儲(chǔ)熱是通過(guò)硝酸鹽等介質(zhì)進(jìn)行熱能儲(chǔ)存與釋放的長(zhǎng)時(shí)大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)，具備儲(chǔ)熱時(shí)間長(zhǎng)、容量大、與火電機(jī)組耦合適配性高、施工建設(shè)難度低、技術(shù)成熟、發(fā)展前景廣闊等優(yōu)勢(shì)，成為火電機(jī)組配儲(chǔ)主流方向。
當(dāng)前，熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)已經(jīng)在火電機(jī)組靈活性改造、谷電/棄電儲(chǔ)熱和退役機(jī)組改造等領(lǐng)域應(yīng)用。但這項(xiàng)技術(shù)要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步發(fā)展，進(jìn)而成為火電配儲(chǔ)的最優(yōu)選擇，仍需破解供熱火電機(jī)組熱電解耦、火電機(jī)組調(diào)峰和機(jī)組延壽等方面的問(wèn)題。
主流技術(shù)存在待解難題
儲(chǔ)能技術(shù)主要分為機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱、電磁儲(chǔ)能以及化學(xué)儲(chǔ)能五類(lèi)，熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)屬于顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)，通過(guò)熔鹽系統(tǒng)儲(chǔ)放熱完成機(jī)組能量的時(shí)空調(diào)控，是大規(guī)模中高溫儲(chǔ)熱的主流技術(shù)方向。
在火電靈活性改造和長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能場(chǎng)景中，熔鹽儲(chǔ)熱是目前火電機(jī)組配儲(chǔ)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)方式。一方面，熔鹽儲(chǔ)熱更適用于長(zhǎng)時(shí)大容量的場(chǎng)景，在成本、儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)和容量規(guī)模上顯著優(yōu)于電池類(lèi)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能和超級(jí)電容儲(chǔ)能；另一方面，熔鹽儲(chǔ)熱可以直接利用火電機(jī)組余熱、蒸汽、煙氣等進(jìn)行儲(chǔ)熱，且能同步解決“以熱定電”難題，比壓縮空氣和飛輪儲(chǔ)能更適配火電機(jī)組。
在施工建設(shè)難度方面，熔鹽儲(chǔ)熱不受地理和地質(zhì)條件的限制，比抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能的選址更靈活；在環(huán)境保護(hù)方面，熔鹽無(wú)毒性，無(wú)環(huán)境污染問(wèn)題，相對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能環(huán)境友好性高；從安全方面看，相比于氫的易燃易爆，熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的安全性更高。
目前，火電機(jī)組耦合熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在許多示范項(xiàng)目得以驗(yàn)證。例如江蘇國(guó)信靖江電廠煤電耦合熔鹽儲(chǔ)熱項(xiàng)目，儲(chǔ)能容量達(dá)到80兆瓦時(shí)，已于2022年投運(yùn)，采用電蓄熱解決調(diào)峰和調(diào)頻問(wèn)題，機(jī)組爬坡速率大于3%，自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）收益較好；國(guó)能河北龍山發(fā)電有限公司（600兆瓦亞臨界空冷機(jī)組）“抽汽+熔鹽”的蓄能項(xiàng)目采用多汽源抽汽-配汽調(diào)控技術(shù)，儲(chǔ)熱容量為730兆瓦時(shí)，深度耦合熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)與主機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷最低出力降至75兆瓦，頂峰出力達(dá)到647兆瓦，AGC響應(yīng)速率提高50%以上；濟(jì)寧華源熱電廠“汽電”聯(lián)合加熱的熔鹽儲(chǔ)能項(xiàng)目，儲(chǔ)能容量為100兆瓦時(shí)，已于2024年投產(chǎn)，可在火電機(jī)組停運(yùn)后2小時(shí)內(nèi)，持續(xù)提供60噸/小時(shí)的工業(yè)蒸汽，用作機(jī)組事故工況下的應(yīng)急汽源。
隨著可再生能源占比的不斷提高，電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能的配置比例以及配置時(shí)長(zhǎng)會(huì)不斷提升，長(zhǎng)時(shí)大規(guī)模儲(chǔ)能的建設(shè)是大勢(shì)所趨。但熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)要實(shí)現(xiàn)更大范圍的應(yīng)用，仍需破解多重難題。
一是系統(tǒng)安全性有待提高。在高溫下，熔鹽具有腐蝕性，可能對(duì)管道、設(shè)備造成侵蝕，導(dǎo)致設(shè)備損壞和熔鹽泄漏，引發(fā)火災(zāi)、燙傷等安全事故。部分熔鹽成分如亞硝酸鹽具有毒性，若泄漏會(huì)對(duì)環(huán)境和人體健康造成危害。目前，熔鹽儲(chǔ)熱行業(yè)缺乏統(tǒng)一的安全標(biāo)準(zhǔn)，不同企業(yè)的產(chǎn)品和施工質(zhì)量參差不齊，增加了安全隱患。
二是初始投資成本高。熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的成本包括建設(shè)成本、運(yùn)行成本等。建設(shè)成本方面，熔鹽原料、設(shè)備購(gòu)置（如熔鹽儲(chǔ)罐、熔鹽泵、換熱器等）、工程建設(shè)以及運(yùn)行維護(hù)方面費(fèi)用較高。雖然規(guī)模化建設(shè)可降低部分成本，但初始投資仍然較大，這在一定程度上限制了其大規(guī)模推廣應(yīng)用。
三是關(guān)鍵技術(shù)瓶頸有待突破。在技術(shù)層面，熔鹽儲(chǔ)熱發(fā)展仍面臨一些瓶頸，如熔鹽的低溫凝固和高溫分解問(wèn)題。此外，熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)與其他能源系統(tǒng)的集成技術(shù)還不夠成熟，需要進(jìn)一步研發(fā)和優(yōu)化，以提高系統(tǒng)的整體性能和協(xié)同效應(yīng)。
打造更多技術(shù)場(chǎng)景
要破解上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)與火電機(jī)組深度融合，離不開(kāi)合適的場(chǎng)景。
一是以供熱火電機(jī)組熱電解耦為核心場(chǎng)景，強(qiáng)化安全設(shè)計(jì)與成本優(yōu)化。
熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)與火電機(jī)組供熱系統(tǒng)耦合，當(dāng)機(jī)組電負(fù)荷較高且供熱能力盈余時(shí)，在機(jī)組供熱的同時(shí)熔鹽系統(tǒng)儲(chǔ)熱；當(dāng)電負(fù)荷降低，無(wú)法滿足供熱參數(shù)時(shí)，熔鹽系統(tǒng)開(kāi)始放熱，利用高溫熔鹽加熱給水，保證供熱參數(shù)滿足熱用戶的需求，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的熱電解耦，解決“以熱定電”的難題，大幅提高機(jī)組靈活性。針對(duì)熔鹽高溫腐蝕性及系統(tǒng)安全性問(wèn)題，在熱電解耦場(chǎng)景中采用耐腐蝕材料制造管道與設(shè)備，并建立熔鹽泄漏監(jiān)測(cè)與應(yīng)急處理系統(tǒng)，從硬件與機(jī)制層面降低安全風(fēng)險(xiǎn)。
二是聚焦火電機(jī)組調(diào)峰需求，突破技術(shù)瓶頸并提升安全經(jīng)濟(jì)性。
蒸汽-熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)通過(guò)在火電機(jī)組熱力系統(tǒng)的“鍋爐-汽機(jī)”之間嵌入大容量高溫熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)，削弱原本剛性聯(lián)系的“爐機(jī)耦合”。深度調(diào)峰時(shí)，保持鍋爐正常運(yùn)行負(fù)荷，汽輪機(jī)運(yùn)行在低負(fù)荷調(diào)峰工況，鍋爐側(cè)多余高參數(shù)蒸汽熱量被儲(chǔ)熱系統(tǒng)存儲(chǔ)，保證大規(guī)模儲(chǔ)熱和深度調(diào)峰運(yùn)行。通過(guò)優(yōu)化“鍋爐-汽輪機(jī)-儲(chǔ)熱”系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制邏輯，支撐系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行，避免熔鹽在管道內(nèi)低溫凝固。電加熱熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)通過(guò)“電-熱-電”方式實(shí)現(xiàn)熔鹽電蓄熱。采用雙罐熔鹽系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冷熱罐循環(huán)放熱發(fā)電。電加熱熔鹽儲(chǔ)熱啟停方便，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，利用調(diào)峰產(chǎn)生的輔助服務(wù)收益（如AGC調(diào)頻收益），提升電站效益，緩解初始投資壓力。煙氣-熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)采用鍋爐高溫?zé)煔庵苯蛹訜崛埯}進(jìn)行儲(chǔ)熱，具備儲(chǔ)能效率高、變負(fù)荷速率快、熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)的調(diào)峰領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。研發(fā)耐高溫、抗腐蝕的新型煙氣-熔鹽換熱器，解決熔鹽高溫分解與換熱效率問(wèn)題。
三是通過(guò)機(jī)組延壽改造盤(pán)活存量資產(chǎn)，降低初始投資與技術(shù)應(yīng)用門(mén)檻。
目前，我國(guó)在役300兆瓦等級(jí)亞臨界燃煤機(jī)組接近900臺(tái)，早期投運(yùn)的機(jī)組已運(yùn)行30年，達(dá)到了設(shè)計(jì)年限，通過(guò)將老舊機(jī)組改造成“卡諾電池”，以熔鹽鍋爐替代常規(guī)燃煤鍋爐，原機(jī)組的熱力系統(tǒng)、制水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)可在普通延壽的基礎(chǔ)上重新利用，保留火電機(jī)組大部分的設(shè)備和資產(chǎn)，大幅降低建設(shè)成本。以一個(gè)150兆瓦的機(jī)組為例，改造成“卡諾電池”獨(dú)立的儲(chǔ)能電站，可以消納約1吉瓦的可再生能源，年降碳量約200萬(wàn)噸。“卡諾電池”能量轉(zhuǎn)換型式為“電-熱-電”，使電的性質(zhì)發(fā)生了改變，采用同步發(fā)電機(jī)發(fā)電，與煤電的電力輸出特性相同，但調(diào)節(jié)特性優(yōu)于煤電機(jī)組。
四是熔鹽儲(chǔ)能助力新能源消納，提升電網(wǎng)穩(wěn)定性和綠色低碳轉(zhuǎn)型。
熔鹽供熱系統(tǒng)直接利用光熱或新能源發(fā)電供能，采用太陽(yáng)能-熔鹽-給水或綠電-熔鹽-給水換熱，可緩解棄風(fēng)棄光問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)新能源電力規(guī)模消納和電網(wǎng)低碳轉(zhuǎn)型。截至2024年年底，我國(guó)在建光熱電站裝機(jī)規(guī)模3300兆瓦，涉及34個(gè)項(xiàng)目；規(guī)劃裝機(jī)容量為4750～4800兆瓦，涉及37個(gè)項(xiàng)目，主要集中內(nèi)蒙古、甘肅、青海、新疆等新能源豐富的省份，上述項(xiàng)目均配套了8～16小時(shí)的熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)，充分展現(xiàn)了熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)在光熱發(fā)電領(lǐng)域的巨大市場(chǎng)需求和廣闊應(yīng)用前景。
電力行業(yè)應(yīng)如何提供支撐
在推動(dòng)火電機(jī)組耦合熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用的過(guò)程中，電力行業(yè)可以從調(diào)度、標(biāo)準(zhǔn)、市場(chǎng)等方面入手，為熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)的推廣提供助力。
一是優(yōu)化調(diào)度策略，支撐系統(tǒng)安全、高效、協(xié)同運(yùn)行。
新型電力系統(tǒng)由傳統(tǒng)的“源隨荷動(dòng)”加速向“源荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變。電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)考慮建立融合熔鹽儲(chǔ)熱-火電機(jī)組特性的智能調(diào)度模型，利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，整合火電機(jī)組實(shí)時(shí)出力、熔鹽儲(chǔ)熱容量、AGC指令響應(yīng)速度、新能源預(yù)測(cè)功率等多維數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)機(jī)組的儲(chǔ)熱、放熱及發(fā)電狀態(tài)，優(yōu)化調(diào)度計(jì)劃，提高系統(tǒng)整體協(xié)同性能，確保有效性和可靠性。
二是制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，筑牢系統(tǒng)安全防線。
熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)熱慣性較大，其響應(yīng)AGC指令的速度與精度需明確規(guī)范并嚴(yán)格測(cè)試。電力行業(yè)應(yīng)加快制定耦合熔鹽儲(chǔ)熱的火電機(jī)組系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)規(guī)范，明確響應(yīng)時(shí)間、調(diào)節(jié)速率、持續(xù)時(shí)長(zhǎng)等關(guān)鍵性能指標(biāo)要求，并開(kāi)展典型工況下的聯(lián)合調(diào)頻建模仿真、試驗(yàn)檢測(cè)及監(jiān)測(cè)評(píng)估技術(shù)研究，科學(xué)評(píng)估其對(duì)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的支撐能力。
三是推動(dòng)市場(chǎng)機(jī)制創(chuàng)新，緩解投資成本壓力。
熔鹽儲(chǔ)熱項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性依賴峰谷電價(jià)差、輔助服務(wù)補(bǔ)償?shù)日?。相關(guān)投資運(yùn)營(yíng)方應(yīng)積極建言推動(dòng)完善電力輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)則，推動(dòng)將熔鹽儲(chǔ)熱提供的深度調(diào)峰、快速爬坡等能力納入交易品種并合理定價(jià)，將項(xiàng)目的調(diào)節(jié)價(jià)值轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定收益，同時(shí)推動(dòng)建立“火電+儲(chǔ)熱”組合參與現(xiàn)貨市場(chǎng)及需求響應(yīng)機(jī)制，通過(guò)多渠道收益反哺前期投資，形成“成本可覆蓋、收益有保障”的良性循環(huán)。
（作者均供職于國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司，楊洋對(duì)本文亦有貢獻(xiàn)。）
