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通過火電廠靈活性改造技(ji)(ji)術的(de)比較(jiao)分(fen)析，提高(gao)(gao)(gao)汽輪機供熱(re)(re)(re)能力(li)(li)(li)、降低(di)機組強迫出(chu)力(li)(li)(li)的(de)技(ji)(ji)術，如汽輪機旁(pang)路、低(di)壓(ya)缸零出(chu)力(li)(li)(li)和(he)高(gao)(gao)(gao)背壓(ya)循環水供熱(re)(re)(re)技(ji)(ji)術等，增加(jia)了電廠低(di)負(fu)(fu)荷(he)運行能力(li)(li)(li)，但高(gao)(gao)(gao)峰(feng)(feng)(feng)負(fu)(fu)荷(he)時(shi)的(de)頂負(fu)(fu)荷(he)能力(li)(li)(li)也(ye)(ye)隨之(zhi)降低(di)，在(zai)新的(de)輔助(zhu)服務市場規則下，帶來調峰(feng)(feng)(feng)收益損失(shi);電極鍋爐(lu)和(he)電鍋爐(lu)固(gu)體(ti)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)技(ji)(ji)術能夠大(da)幅增加(jia)調峰(feng)(feng)(feng)能力(li)(li)(li)，改造成本(ben)高(gao)(gao)(gao)、運行費用(yong)高(gao)(gao)(gao);熱(re)(re)(re)儲(chu)(chu)能技(ji)(ji)術在(zai)火電廠的(de)應用(yong)，既能增加(jia)機組調峰(feng)(feng)(feng)深度，也(ye)(ye)能增加(jia)頂負(fu)(fu)荷(he)能力(li)(li)(li)，投資和(he)運行成本(ben)較(jiao)低(di)，具有明(ming)顯優(you)勢(shi)，通過對熔(rong)鹽(yan)、相變、熱(re)(re)(re)水和(he)混凝土儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)技(ji)(ji)術在(zai)火電廠的(de)應用(yong)分(fen)析比較(jiao)，熔(rong)鹽(yan)和(he)相變儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)經濟性較(jiao)差，熱(re)(re)(re)水和(he)混凝土儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)具有較(jiao)強的(de)技(ji)(ji)術經濟優(you)勢(shi)，而且混凝土儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)密度更(geng)高(gao)(gao)(gao)，應用(yong)范圍更(geng)廣。

1、技術背景

在電(dian)(dian)力市(shi)(shi)場(chang)(chang)改(gai)(gai)革的(de)(de)背景下(xia)(xia)，清(qing)潔高效(xiao)靈(ling)(ling)(ling)活運行(xing)已經(jing)成(cheng)為火(huo)(huo)電(dian)(dian)行(xing)業轉(zhuan)型發展(zhan)的(de)(de)重要(yao)目標，火(huo)(huo)電(dian)(dian)廠靈(ling)(ling)(ling)活性改(gai)(gai)造技(ji)術(shu)得到(dao)(dao)了(le)(le)越來越多(duo)的(de)(de)關(guan)注。選擇合(he)適(shi)的(de)(de)靈(ling)(ling)(ling)活性改(gai)(gai)造技(ji)術(shu)是(shi)火(huo)(huo)電(dian)(dian)廠運營者最(zui)關(guan)心的(de)(de)問題，而這其(qi)中，靈(ling)(ling)(ling)活性改(gai)(gai)造成(cheng)本，運行(xing)費用以及(ji)電(dian)(dian)力輔(fu)助服(fu)務(wu)市(shi)(shi)場(chang)(chang)規(gui)則下(xia)(xia)的(de)(de)調(diao)(diao)峰(feng)(feng)收益是(shi)選擇最(zui)合(he)適(shi)改(gai)(gai)造技(ji)術(shu)的(de)(de)關(guan)鍵。最(zui)近(jin)發布的(de)(de)《東(dong)北電(dian)(dian)力輔(fu)助服(fu)務(wu)市(shi)(shi)場(chang)(chang)運營規(gui)則(暫(zan)行(xing))》，市(shi)(shi)場(chang)(chang)規(gui)則得到(dao)(dao)進一步完善(shan)升(sheng)級，新規(gui)則設(she)計了(le)(le)尖峰(feng)(feng)旋轉(zhuan)備用市(shi)(shi)場(chang)(chang)日前(qian)競價機(ji)制，實現(xian)輔(fu)助服(fu)務(wu)市(shi)(shi)場(chang)(chang)“壓低(di)谷(gu)、頂(ding)尖峰(feng)(feng)”全(quan)覆蓋(gai)，明(ming)確“能上能下(xia)(xia)”的(de)(de)雙(shuang)向(xiang)調(diao)(diao)峰(feng)(feng)機(ji)組才能獲(huo)得全(quan)部輔(fu)助服(fu)務(wu)收益，向(xiang)火(huo)(huo)電(dian)(dian)機(ji)組提出了(le)(le)完整的(de)(de)靈(ling)(ling)(ling)活性標準，能夠(gou)激(ji)勵(li)和引導火(huo)(huo)電(dian)(dian)廠采(cai)取合(he)適(shi)的(de)(de)靈(ling)(ling)(ling)活性改(gai)(gai)造技(ji)術(shu)，全(quan)面提升(sheng)機(ji)組調(diao)(diao)峰(feng)(feng)能力。

2、靈活性改造技術比較

目前火電(dian)(dian)廠(chang)靈活(huo)性(xing)改造主(zhu)(zhu)要(yao)面對的(de)(de)是(shi)(shi)“三(san)(san)北”地區供(gong)(gong)熱(re)(re)電(dian)(dian)廠(chang)在(zai)采暖(nuan)季(ji)運行靈活(huo)性(xing)不(bu)足的(de)(de)問(wen)題，因此，提高(gao)供(gong)(gong)熱(re)(re)機(ji)組(zu)的(de)(de)調峰能(neng)力(li)(li)是(shi)(shi)靈活(huo)性(xing)改造的(de)(de)主(zhu)(zhu)要(yao)內容。供(gong)(gong)熱(re)(re)機(ji)組(zu)的(de)(de)靈活(huo)性(xing)改造主(zhu)(zhu)要(yao)分為(wei)三(san)(san)類，一是(shi)(shi)增加機(ji)組(zu)供(gong)(gong)熱(re)(re)能(neng)力(li)(li)，在(zai)滿足供(gong)(gong)熱(re)(re)負荷(he)的(de)(de)條件(jian)下降低鍋爐(lu)(lu)出(chu)(chu)力(li)(li)，減小機(ji)組(zu)強迫出(chu)(chu)力(li)(li)，主(zhu)(zhu)要(yao)有(you)汽輪機(ji)旁(pang)路供(gong)(gong)熱(re)(re)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)，低壓(ya)(ya)缸零(ling)出(chu)(chu)力(li)(li)供(gong)(gong)熱(re)(re)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)和(he)(he)高(gao)背壓(ya)(ya)循環水供(gong)(gong)熱(re)(re)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)等;二是(shi)(shi)電(dian)(dian)熱(re)(re)供(gong)(gong)暖(nuan)調峰技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)，將(jiang)機(ji)組(zu)發(fa)出(chu)(chu)的(de)(de)電(dian)(dian)能(neng)轉(zhuan)化(hua)為(wei)熱(re)(re)能(neng)對外供(gong)(gong)暖(nuan)，如電(dian)(dian)極鍋爐(lu)(lu)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)和(he)(he)電(dian)(dian)鍋爐(lu)(lu)固體儲(chu)熱(re)(re)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu);三(san)(san)是(shi)(shi)熱(re)(re)儲(chu)能(neng)調峰技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)，將(jiang)汽輪機(ji)內過剩的(de)(de)蒸汽熱(re)(re)能(neng)轉(zhuan)化(hua)為(wei)儲(chu)能(neng)介質的(de)(de)熱(re)(re)能(neng)存儲(chu)起(qi)來，如應(ying)用較多(duo)的(de)(de)熱(re)(re)水罐(guan)儲(chu)能(neng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)，相變儲(chu)熱(re)(re)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)以及潛在(zai)的(de)(de)熔(rong)鹽熱(re)(re)儲(chu)能(neng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)和(he)(he)混凝土儲(chu)熱(re)(re)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)等。

2.1、增加機組供熱調峰技術

增(zeng)加(jia)機組(zu)(zu)供(gong)熱(re)(re)能(neng)(neng)(neng)力(li)的(de)調(diao)峰技(ji)(ji)術(shu)(shu)主要是將(jiang)(jiang)汽(qi)(qi)輪(lun)機內(nei)部(bu)(bu)蒸汽(qi)(qi)的(de)做功份額減(jian)小(xiao)，將(jiang)(jiang)其轉化為對外供(gong)暖的(de)熱(re)(re)能(neng)(neng)(neng)，能(neng)(neng)(neng)夠降低(di)汽(qi)(qi)輪(lun)機組(zu)(zu)的(de)強迫出力(li)，具有(you)較(jiao)(jiao)強的(de)調(diao)峰能(neng)(neng)(neng)力(li)。汽(qi)(qi)輪(lun)機旁(pang)路供(gong)熱(re)(re)將(jiang)(jiang)做功能(neng)(neng)(neng)力(li)較(jiao)(jiao)強的(de)高溫高壓(ya)(ya)(ya)蒸汽(qi)(qi)抽出供(gong)熱(re)(re)，調(diao)峰潛力(li)大，但存在較(jiao)(jiao)大的(de)熱(re)(re)經濟(ji)損(sun)失(shi)，運(yun)(yun)(yun)行(xing)成本(ben)較(jiao)(jiao)高;低(di)壓(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)零出力(li)技(ji)(ji)術(shu)(shu)將(jiang)(jiang)中壓(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)排汽(qi)(qi)全部(bu)(bu)用(yong)于供(gong)熱(re)(re)，消除了(le)冷源(yuan)損(sun)失(shi)，運(yun)(yun)(yun)行(xing)費用(yong)較(jiao)(jiao)低(di);低(di)壓(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)高背(bei)壓(ya)(ya)(ya)循(xun)環水(shui)供(gong)熱(re)(re)技(ji)(ji)術(shu)(shu)既保留(liu)低(di)壓(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)部(bu)(bu)分做功能(neng)(neng)(neng)力(li)，又消除了(le)冷源(yuan)損(sun)失(shi)，具有(you)最佳的(de)熱(re)(re)經濟(ji)性和運(yun)(yun)(yun)行(xing)成本(ben)優(you)勢，但一般需要更(geng)換專門(men)的(de)低(di)壓(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)轉子，改造費用(yong)較(jiao)(jiao)高。這些技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)共同特點是減(jian)少蒸汽(qi)(qi)在汽(qi)(qi)輪(lun)機內(nei)部(bu)(bu)做功，增(zeng)加(jia)供(gong)熱(re)(re)，擴展機組(zu)(zu)的(de)低(di)負荷運(yun)(yun)(yun)行(xing)范圍，如下圖1所(suo)示：

圖(tu)1：增(zeng)加(jia)機組供熱能力的調峰示意圖(tu)

從上圖(tu)可以看出，在供熱(re)負荷(綠線)不變(bian)的(de)(de)(de)(de)情況下，有效降(jiang)低(di)(di)了機組的(de)(de)(de)(de)最(zui)低(di)(di)負荷;但值得注意的(de)(de)(de)(de)是，這種靈活性改造(zao)技術只能增(zeng)加機組的(de)(de)(de)(de)低(di)(di)負荷調峰能力，不能增(zeng)加機組高峰負荷時的(de)(de)(de)(de)頂負荷能力，甚至高背壓循(xun)環水供熱(re)改造(zao)會降(jiang)低(di)(di)機組的(de)(de)(de)(de)頂負荷能力，按照最(zui)新的(de)(de)(de)(de)輔助服務(wu)市場規則，屬于“能下不能上”的(de)(de)(de)(de)靈活性改造(zao)技術，不能帶來(lai)全面(mian)的(de)(de)(de)(de)調峰收益。

2.2、電熱供暖調峰技術

電(dian)(dian)(dian)熱(re)供暖調(diao)峰(feng)(feng)技(ji)(ji)術主(zhu)要(yao)有電(dian)(dian)(dian)極鍋爐和電(dian)(dian)(dian)鍋爐固體儲(chu)熱(re)技(ji)(ji)術，不涉及熱(re)電(dian)(dian)(dian)廠(chang)本體設備改造，對熱(re)電(dian)(dian)(dian)廠(chang)正常運(yun)行影響較(jiao)小。電(dian)(dian)(dian)極鍋爐和電(dian)(dian)(dian)鍋爐固體儲(chu)熱(re)直接消耗電(dian)(dian)(dian)能(neng)，減少熱(re)電(dian)(dian)(dian)廠(chang)對外供電(dian)(dian)(dian)，以(yi)此增加(jia)低負荷調(diao)峰(feng)(feng)能(neng)力，具有調(diao)峰(feng)(feng)深度(du)大，運(yun)行靈活性(xing)好的(de)優(you)勢，但缺點(dian)是(shi)投資成本高，運(yun)行成本高，適合市場(chang)初期(qi)收益較(jiao)高的(de)深度(du)調(diao)峰(feng)(feng)市場(chang)需求(qiu)，隨著越來(lai)越多電(dian)(dian)(dian)廠(chang)的(de)加(jia)入輔助服務市場(chang)，深度(du)調(diao)峰(feng)(feng)需求(qiu)越來(lai)越少，在(zai)以(yi)拼成本的(de)市場(chang)競(jing)爭(zheng)中(zhong)，以(yi)電(dian)(dian)(dian)能(neng)為熱(re)源的(de)供熱(re)調(diao)峰(feng)(feng)技(ji)(ji)術將難以(yi)獲得(de)競(jing)爭(zheng)優(you)勢。

2.3、熱儲能調峰技術

熱(re)(re)(re)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)調峰(feng)(feng)技術是(shi)將(jiang)機組(zu)(zu)變(bian)負荷(he)(he)運行時(shi)(shi)出(chu)現(xian)的(de)(de)過(guo)剩蒸(zheng)汽(qi)熱(re)(re)(re)量轉化(hua)為(wei)(wei)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)介質的(de)(de)熱(re)(re)(re)能(neng)(neng)存儲(chu)(chu)起來，當需(xu)要(yao)時(shi)(shi)將(jiang)熱(re)(re)(re)能(neng)(neng)釋放，以此增(zeng)加機組(zu)(zu)靈活性(xing)的(de)(de)調峰(feng)(feng)技術。例(li)如(ru)(ru)，在采(cai)暖(nuan)季供(gong)(gong)熱(re)(re)(re)蒸(zheng)汽(qi)出(chu)現(xian)過(guo)剩時(shi)(shi)，將(jiang)多(duo)余熱(re)(re)(re)能(neng)(neng)存儲(chu)(chu)到儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)設(she)備中，當電(dian)力負荷(he)(he)處于低(di)谷時(shi)(shi)，減小鍋(guo)(guo)爐(lu)負荷(he)(he)和汽(qi)輪機出(chu)力，滿足機組(zu)(zu)低(di)負荷(he)(he)調峰(feng)(feng)要(yao)求(qiu)，供(gong)(gong)熱(re)(re)(re)不足的(de)(de)部分(fen)由儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)設(she)備補充(chong);當電(dian)力負荷(he)(he)處于高峰(feng)(feng)時(shi)(shi)，增(zeng)加鍋(guo)(guo)爐(lu)負荷(he)(he)，減少汽(qi)輪機對外(wai)供(gong)(gong)熱(re)(re)(re)，增(zeng)強機組(zu)(zu)的(de)(de)頂負荷(he)(he)能(neng)(neng)力，供(gong)(gong)熱(re)(re)(re)不足的(de)(de)部分(fen)由儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)設(she)備補充(chong);從熱(re)(re)(re)電(dian)廠(chang)供(gong)(gong)熱(re)(re)(re)特性(xing)圖(tu)(tu)來看，熱(re)(re)(re)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)相(xiang)當于將(jiang)固定(ding)的(de)(de)供(gong)(gong)熱(re)(re)(re)需(xu)求(qiu)轉化(hua)為(wei)(wei)可變(bian)的(de)(de)供(gong)(gong)熱(re)(re)(re)需(xu)求(qiu)，拓展了熱(re)(re)(re)電(dian)廠(chang)調峰(feng)(feng)運行范圍，如(ru)(ru)下圖(tu)(tu)2所示。

圖2：熱(re)儲能調(diao)峰示意圖

如上圖所示，熱儲能使熱電廠具備了“雙向”調峰(feng)(feng)能力，即(ji)可增加熱電廠低負荷(he)(he)運(yun)行能力，也(ye)能增加高峰(feng)(feng)期的(de)頂負荷(he)(he)能力，可以(yi)獲得(de)完整的(de)調峰(feng)(feng)收益，而且由于采用蒸汽作為熱源，熱儲能的(de)熱經濟(ji)性好，運(yun)行成本(ben)低，因此熱儲能調峰(feng)(feng)技術具有(you)最佳的(de)技術經濟(ji)競爭優勢。

3、熱儲能技術在火電廠中的應用

3.1、熔鹽儲熱技術的應用

熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)熱(re)儲(chu)能(neng)技(ji)術由于工(gong)(gong)作(zuo)溫度高(gao)(gao)，比熱(re)容高(gao)(gao)，熱(re)穩定(ding)性好(hao)，蒸汽壓力低(di)的(de)優(you)勢，已(yi)經在太(tai)陽能(neng)光熱(re)發電領域得(de)到了廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)，如由多元硝酸無機(ji)鹽(yan)(yan)組成的(de)Solarsalt鹽(yan)(yan)，Hitec鹽(yan)(yan)和HitecXL鹽(yan)(yan)等，另外，美(mei)國Sandia國家實驗室(shi)和Halotechnics公(gong)司(si)以及國內的(de)北京工(gong)(gong)業大學等單位在積極研制新型的(de)低(di)熔(rong)(rong)點熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)，希望能(neng)夠(gou)進一步拓展熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)溫度利用(yong)范圍(wei)，降低(di)熱(re)儲(chu)能(neng)成本。這些熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)的(de)主要參數如下表1所(suo)示：

表(biao)1：熔鹽(yan)技(ji)術參數表(biao)

以上(shang)熔鹽(yan)(yan)體系(xi)中，熔點在(zai)100℃以下的(de)(de)(de)熔鹽(yan)(yan)配方(fang)中均(jun)含(han)有價(jia)(jia)格(ge)較高的(de)(de)(de)LiNO3，而且含(han)有Ca(NO3)2的(de)(de)(de)混合熔鹽(yan)(yan)在(zai)熔點溫度附(fu)近(jin)的(de)(de)(de)粘度較大，適宜的(de)(de)(de)工作溫度均(jun)在(zai)100℃以上(shang);另(ling)外美國Halotechnics公(gong)司的(de)(de)(de)熔鹽(yan)(yan)具有較低的(de)(de)(de)熔點，但(dan)含(han)有價(jia)(jia)格(ge)昂貴的(de)(de)(de)CsNO3，因此(ci)這(zhe)些熔鹽(yan)(yan)雖然有熔點低的(de)(de)(de)優(you)勢，但(dan)普遍存在(zai)價(jia)(jia)格(ge)較高、推(tui)廣應用(yong)難度大的(de)(de)(de)問題。

從火電廠蒸汽(qi)生產流(liu)程及熔鹽(yan)的儲(chu)熱換(huan)熱特點來(lai)看(kan)，熔鹽(yan)熱儲(chu)能適用于高溫高壓蒸汽(qi)的熱能存(cun)儲(chu)，可以在汽(qi)輪(lun)機高壓旁路或者再熱器(qi)出口設置熔鹽(yan)儲(chu)熱系(xi)統，如下圖(tu)3所示。

圖3：熔鹽(yan)熱儲能在汽輪機(ji)旁路系統的應(ying)用示意圖

在實際(ji)中，無論是高溫高壓的(de)(de)主蒸汽(qi)(qi)(qi)還是過熱(re)(re)(re)度(du)很高的(de)(de)再熱(re)(re)(re)蒸汽(qi)(qi)(qi)，載(zai)熱(re)(re)(re)密度(du)低(di)，且(qie)蒸汽(qi)(qi)(qi)高溫潛熱(re)(re)(re)需要(yao)(yao)維持(chi)高壓，向熔(rong)鹽換(huan)熱(re)(re)(re)需要(yao)(yao)采用(yong)換(huan)熱(re)(re)(re)面積(ji)較大(da)的(de)(de)高壓厚壁換(huan)熱(re)(re)(re)器(qi)，導致換(huan)熱(re)(re)(re)效率低(di)下且(qie)成(cheng)本高;如果為減(jian)小換(huan)熱(re)(re)(re)器(qi)設(she)計制造難度(du)和降低(di)成(cheng)本，增大(da)換(huan)熱(re)(re)(re)溫差(cha)，則會減(jian)小熔(rong)鹽溫度(du)利用(yong)區間，帶(dai)來熔(rong)鹽用(yong)量的(de)(de)大(da)幅增加(jia)，從而導致熱(re)(re)(re)儲(chu)能成(cheng)本大(da)幅增加(jia)，因(yin)此，利用(yong)高溫高壓蒸汽(qi)(qi)(qi)向熔(rong)鹽換(huan)熱(re)(re)(re)儲(chu)熱(re)(re)(re)，工(gong)程實施(shi)難度(du)大(da)且(qie)成(cheng)本高，技術經濟可行性低(di)。

相對于換熱(re)難(nan)度較(jiao)大的(de)高溫高壓蒸汽，回(hui)熱(re)系統的(de)鍋(guo)爐給水是一個相對理(li)想的(de)熱(re)源，在(zai)高加旁路安裝(zhuang)熔鹽儲熱(re)裝(zhuang)置，如(ru)下圖4所(suo)示，進行(xing)熱(re)能的(de)存儲和(he)釋放，可(ke)快速(su)調(diao)節汽輪機負荷，能夠(gou)實現電力調(diao)頻(pin)和(he)調(diao)峰。

圖4：熔鹽熱(re)儲能在(zai)火電廠回熱(re)系統的應用

在汽(qi)輪機抽(chou)汽(qi)回熱系(xi)統的(de)(de)給(gei)水(shui)(shui)旁路設(she)置熔(rong)鹽熱儲能系(xi)統，利用調節流(liu)(liu)(liu)經(jing)高(gao)(gao)加(jia)的(de)(de)鍋爐(lu)給(gei)水(shui)(shui)流(liu)(liu)(liu)量(liang)，改變各級高(gao)(gao)加(jia)的(de)(de)抽(chou)汽(qi)量(liang)，從而(er)(er)快速調節汽(qi)輪機輸(shu)(shu)出功(gong)率;當(dang)降負荷時，增(zeng)加(jia)給(gei)水(shui)(shui)流(liu)(liu)(liu)量(liang)，更多蒸汽(qi)抽(chou)入(ru)高(gao)(gao)加(jia)，汽(qi)輪機出力減少，多余的(de)(de)鍋爐(lu)給(gei)水(shui)(shui)經(jing)過換熱器(qi)將(jiang)熱能存儲到熔(rong)鹽罐;當(dang)增(zeng)加(jia)負荷時，減少流(liu)(liu)(liu)經(jing)高(gao)(gao)加(jia)的(de)(de)給(gei)水(shui)(shui)流(liu)(liu)(liu)量(liang)，減小汽(qi)輪機抽(chou)汽(qi)，增(zeng)加(jia)汽(qi)輪機功(gong)率輸(shu)(shu)出，其(qi)余的(de)(de)鍋爐(lu)給(gei)水(shui)(shui)經(jing)由熔(rong)鹽罐加(jia)熱后送入(ru)鍋爐(lu)，從而(er)(er)滿足調峰(feng)需求。

值(zhi)得注意的(de)是(shi)，目前大(da)型熱(re)電廠低負荷時的(de)鍋爐給水溫度一般不超(chao)過250℃，即使采用(yong)價(jia)格較貴的(de)低熔點熔鹽(yan)，熔鹽(yan)儲熱(re)系統的(de)工作(zuo)溫度利用(yong)范(fan)圍僅(jin)為100℃~120℃左右，熔鹽(yan)顯熱(re)利用(yong)效率(lv)較低，導致熔鹽(yan)用(yong)量和儲能成本增加，熱(re)儲能經濟性(xing)較差。

3.2、相變儲熱技術的應用

相變(bian)(bian)(bian)儲(chu)(chu)熱(re)(re)技術是利(li)用(yong)儲(chu)(chu)熱(re)(re)體在(zai)發(fa)生相變(bian)(bian)(bian)時需要吸收或釋(shi)放相變(bian)(bian)(bian)潛(qian)熱(re)(re)的(de)原理進行熱(re)(re)能的(de)存儲(chu)(chu)和利(li)用(yong)，優點是儲(chu)(chu)熱(re)(re)和放熱(re)(re)溫度變(bian)(bian)(bian)化小，儲(chu)(chu)熱(re)(re)密度高。目前的(de)中高溫相變(bian)(bian)(bian)儲(chu)(chu)熱(re)(re)系(xi)統(tong)(tong)中，普遍采用(yong)無機(ji)鹽混合物作為相變(bian)(bian)(bian)材料，存在(zai)相變(bian)(bian)(bian)過程導熱(re)(re)系(xi)數低的(de)問題，需要采取多種傳(chuan)熱(re)(re)強化措施(shi)，如(ru)增加(jia)換熱(re)(re)翅片或導熱(re)(re)劑等，導致中高溫相變(bian)(bian)(bian)儲(chu)(chu)熱(re)(re)系(xi)統(tong)(tong)成(cheng)本較高，工程實施(shi)難度大。

中(zhong)低溫相(xiang)變儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)技術(shu)在熱(re)(re)(re)(re)(re)電(dian)廠已有工程應用，如內(nei)蒙古(gu)豐泰(tai)熱(re)(re)(re)(re)(re)電(dian)廠相(xiang)變儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)項(xiang)(xiang)(xiang)目，儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)容量為20MWh，采用復合(he)二元鹽相(xiang)變材(cai)料，相(xiang)變溫度為92℃;儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)系統采用汽輪機中(zhong)壓抽(chou)汽為熱(re)(re)(re)(re)(re)源，加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)除鹽水(shui)為相(xiang)變儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)裝置充(chong)熱(re)(re)(re)(re)(re)，放熱(re)(re)(re)(re)(re)時，儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)裝置加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)除鹽水(shui)向熱(re)(re)(re)(re)(re)網(wang)循(xun)環(huan)水(shui)放熱(re)(re)(re)(re)(re)。該項(xiang)(xiang)(xiang)目將相(xiang)變儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)技術(shu)用于供暖(nuan)調(diao)峰，但儲(chu)(chu)能規模小，儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)溫度低，作為示范項(xiang)(xiang)(xiang)目難(nan)以達到商業化項(xiang)(xiang)(xiang)目的經濟(ji)性(xing)要(yao)求。

除了(le)供暖儲熱外，相變儲熱技術更適合多種溫度區間銜接(jie)的儲熱應用場(chang)合，如火電(dian)廠的回熱系統，能夠實現(xian)電(dian)力調(diao)頻調(diao)峰功能，如下圖5所示。

圖(tu)5：相變儲熱在火(huo)電廠回熱系統的應用

在(zai)鍋爐(lu)(lu)給(gei)水(shui)旁(pang)路接入中(zhong)高溫(wen)相變(bian)儲熱(re)裝(zhuang)置(zhi)，在(zai)凝(ning)結水(shui)旁(pang)路接入低(di)溫(wen)相變(bian)儲熱(re)設備;當需(xu)要降負荷(he)(he)時(shi)，增(zeng)加(jia)鍋爐(lu)(lu)給(gei)水(shui)流(liu)量和(he)凝(ning)結水(shui)流(liu)量，增(zeng)大回(hui)熱(re)抽(chou)汽(qi)(qi)(qi)，使汽(qi)(qi)(qi)輪機(ji)出力(li)降低(di)，多余的給(gei)水(shui)和(he)凝(ning)結水(shui)流(liu)經相變(bian)儲熱(re)器(qi)將熱(re)能存儲;當需(xu)要增(zeng)加(jia)負荷(he)(he)時(shi)，部分鍋爐(lu)(lu)給(gei)水(shui)和(he)凝(ning)結水(shui)經過儲熱(re)器(qi)換熱(re)升溫(wen)，減(jian)少回(hui)熱(re)抽(chou)汽(qi)(qi)(qi)，增(zeng)加(jia)汽(qi)(qi)(qi)輪機(ji)出力(li)。

相變儲熱(re)(re)技術用于火電廠回熱(re)(re)系(xi)統，不(bu)僅儲能密度(du)高(gao)，負(fu)荷(he)調(diao)節速度(du)快，而且不(bu)受供暖季限制，可以全年調(diao)頻調(diao)峰，但需要優化相變儲熱(re)(re)系(xi)統的儲熱(re)(re)換熱(re)(re)性能，進一(yi)步降低成本。

3.3、熱水儲能技術的應用

火電(dian)廠熱(re)水(shui)儲能技術在(zai)國內外已有廣泛應用，主要用于熱(re)電(dian)廠供(gong)暖季熱(re)電(dian)解(jie)耦，提高供(gong)熱(re)機組的(de)(de)運行靈活性;工作原理(li)是供(gong)熱(re)蒸汽流量出現過剩時，將多余熱(re)能轉化(hua)為熱(re)水(shui)并(bing)存儲到熱(re)水(shui)罐中，當電(dian)力需求(qiu)(qiu)處于低谷時，減小鍋爐(lu)和汽輪(lun)(lun)機出力，供(gong)熱(re)不足(zu)的(de)(de)部分由熱(re)水(shui)罐補(bu)充;當電(dian)力需求(qiu)(qiu)處于高峰時，增加鍋爐(lu)出力，減少汽輪(lun)(lun)機對外供(gong)熱(re)，增強電(dian)廠的(de)(de)頂(ding)負荷能力，供(gong)熱(re)不足(zu)的(de)(de)部分由熱(re)水(shui)罐補(bu)充。

實際工程一(yi)般(ban)采用(yong)單罐(guan)熱水(shui)(shui)斜溫(wen)(wen)層儲(chu)(chu)(chu)熱方式，利用(yong)水(shui)(shui)的溫(wen)(wen)度密(mi)度差特性，熱水(shui)(shui)存儲(chu)(chu)(chu)在儲(chu)(chu)(chu)罐(guan)的上部(bu)，冷(leng)水(shui)(shui)在儲(chu)(chu)(chu)罐(guan)的下部(bu)，熱水(shui)(shui)和冷(leng)水(shui)(shui)之間有一(yi)層厚度較小的溫(wen)(wen)度梯度層，如下圖6所(suo)示。單罐(guan)斜溫(wen)(wen)層儲(chu)(chu)(chu)熱技(ji)術實現了一(yi)個罐(guan)體同時儲(chu)(chu)(chu)存高低溫(wen)(wen)水(shui)(shui)，簡化(hua)了儲(chu)(chu)(chu)熱系統配置(zhi)，降低了造價。目前單罐(guan)熱水(shui)(shui)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)的工程應(ying)用(yong)較多，運行經驗豐富(fu)，技(ji)術成熟可靠。

圖6：單(dan)罐熱水(shui)儲能(neng)在火(huo)電廠的應用

以蒸汽為(wei)熱(re)(re)源(yuan)的熱(re)(re)水儲(chu)能(neng)(neng)(neng)，投資(zi)成本(ben)和運(yun)(yun)行(xing)費用(yong)(yong)較低，既能(neng)(neng)(neng)夠增(zeng)加(jia)熱(re)(re)電廠(chang)(chang)的低負(fu)荷運(yun)(yun)行(xing)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)(li)，也(ye)(ye)能(neng)(neng)(neng)夠增(zeng)加(jia)高峰時段(duan)的頂負(fu)荷能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)(li)，具有(you)較強的技術優(you)勢和市(shi)場(chang)競爭(zheng)力(li)(li)(li)。但同(tong)時，熱(re)(re)水儲(chu)能(neng)(neng)(neng)也(ye)(ye)存在儲(chu)熱(re)(re)密(mi)度(du)低，空間占用(yong)(yong)大的問題，尤其是城市(shi)區域的熱(re)(re)電廠(chang)(chang)改造，由(you)于(yu)占地方(fang)面的限制，采用(yong)(yong)熱(re)(re)水儲(chu)能(neng)(neng)(neng)技改存在一定(ding)難度(du)。

3.4、混凝土熱儲能技術的應用

混凝(ning)土熱(re)(re)儲(chu)能(neng)作為一(yi)種太陽能(neng)光熱(re)(re)發(fa)電技(ji)術(shu)中低成本(ben)熱(re)(re)儲(chu)能(neng)解決(jue)方案，是一(yi)種高效、大規模、低成本(ben)的(de)中高溫顯熱(re)(re)儲(chu)能(neng)技(ji)術(shu)，技(ji)術(shu)示意(yi)圖(tu)如下圖(tu)7所示。

圖7：混凝土(tu)儲(chu)熱原理(li)示意圖

耐高溫(wen)混(hun)(hun)凝(ning)土內部設(she)置換(huan)熱(re)(re)介(jie)質(zhi)流(liu)通(tong)管道(dao)，高溫(wen)傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)介(jie)質(zhi)通(tong)過(guo)換(huan)熱(re)(re)管道(dao)，釋放(fang)熱(re)(re)能(neng)，混(hun)(hun)凝(ning)土作(zuo)為儲(chu)熱(re)(re)介(jie)質(zhi)，溫(wen)度升高，儲(chu)存熱(re)(re)能(neng);放(fang)熱(re)(re)時，混(hun)(hun)凝(ning)土將熱(re)(re)能(neng)傳(chuan)(chuan)導至傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)介(jie)質(zhi)，溫(wen)度降低，完(wan)成熱(re)(re)能(neng)釋放(fang);混(hun)(hun)凝(ning)土儲(chu)熱(re)(re)的主要(yao)材(cai)料是鋼筋和水(shui)泥，獲取方便(bian)，成本低，安全性好，運輸方便(bian)，便(bian)于模(mo)塊化設(she)計制(zhi)造。

混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)是一種性(xing)能(neng)(neng)(neng)優良(liang)、造價低(di)(di)(di)廉(lian)的(de)(de)太陽能(neng)(neng)(neng)光熱(re)發(fa)電領域(yu)顯熱(re)儲(chu)(chu)熱(re)材料，國(guo)內外科研機構均開(kai)展(zhan)了針對高溫混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)材料的(de)(de)研究(jiu)，如德國(guo)DLR，國(guo)內武漢(han)理(li)工大學和中(zhong)國(guo)科學院(yuan)等(deng)，主要(yao)目標是提高混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)儲(chu)(chu)熱(re)系統(tong)的(de)(de)換熱(re)儲(chu)(chu)熱(re)性(xing)能(neng)(neng)(neng)，增加比熱(re)容和導熱(re)系數，降低(di)(di)(di)建(jian)設成本等(deng)。不同(tong)于光熱(re)發(fa)電領域(yu)的(de)(de)高溫高壓蒸(zheng)(zheng)汽熱(re)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)存儲(chu)(chu)與(yu)輸(shu)出，火電廠熱(re)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)需(xu)求是高溫蒸(zheng)(zheng)汽熱(re)量輸(shu)入和中(zhong)低(di)(di)(di)溫蒸(zheng)(zheng)汽甚(shen)至熱(re)水的(de)(de)熱(re)量輸(shu)出，能(neng)(neng)(neng)夠大幅(fu)降低(di)(di)(di)混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)儲(chu)(chu)熱(re)的(de)(de)技術要(yao)求，有利(li)于混(hun)凝(ning)(ning)土(tu)儲(chu)(chu)熱(re)單(dan)元的(de)(de)換熱(re)和儲(chu)(chu)熱(re)優化設計，進一步降低(di)(di)(di)儲(chu)(chu)熱(re)成本。

混凝(ning)土換熱(re)(re)(re)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)一體，溫度(du)適應范圍廣，能夠直接(jie)儲(chu)(chu)存(cun)高溫高壓水蒸(zheng)氣熱(re)(re)(re)能，有(you)效解決火(huo)電廠(chang)高溫高壓蒸(zheng)汽(qi)的換熱(re)(re)(re)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)難題(ti)，匹(pi)配(pei)火(huo)電廠(chang)熱(re)(re)(re)儲(chu)(chu)能的技術要求(qiu)，例(li)如，可(ke)直接(jie)應用于(yu)熱(re)(re)(re)電廠(chang)供(gong)暖蒸(zheng)汽(qi)熱(re)(re)(re)能存(cun)儲(chu)(chu)，如下圖8所示，實現熱(re)(re)(re)電解耦，提高機組(zu)運行(xing)靈(ling)活性(xing)。

圖8：混凝土儲(chu)熱在火電廠的應用

當供暖蒸(zheng)(zheng)汽(qi)出現(xian)過剩時，將多余(yu)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)導(dao)入混凝(ning)土儲熱單元(yuan)存儲熱能，蒸(zheng)(zheng)汽(qi)冷卻(que)后(hou)送入冷凝(ning)水箱或排入凝(ning)汽(qi)器，當電(dian)力(li)需(xu)求(qiu)處(chu)于低谷時，減小鍋爐負荷，降低汽(qi)輪機出力(li)，供暖蒸(zheng)(zheng)汽(qi)不足的(de)部分(fen)由混凝(ning)土儲熱單元(yuan)加熱冷凝(ning)水產生(sheng)(sheng)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)補(bu)充(chong);當電(dian)力(li)需(xu)求(qiu)處(chu)于高(gao)峰時，增(zeng)加鍋爐出力(li)，減少(shao)汽(qi)輪機對外供熱，增(zeng)強電(dian)廠的(de)頂負荷能力(li)，供熱不足的(de)部分(fen)由混凝(ning)土儲熱單元(yuan)產生(sheng)(sheng)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)補(bu)充(chong)。

與單罐熱(re)水儲(chu)能相比，混凝(ning)土(tu)熱(re)儲(chu)能安全性(xing)好，儲(chu)熱(re)溫(wen)度高(gao)，儲(chu)能密度高(gao)，成(cheng)本(ben)低廉，而且混凝(ning)土(tu)儲(chu)熱(re)的熱(re)能輸出(chu)形式多(duo)樣，即可輸出(chu)熱(re)水用(yong)于(yu)民用(yong)供暖，也能輸出(chu)蒸(zheng)汽用(yong)于(yu)工業供熱(re)，具(ju)有較好的經濟性(xing)優勢和市場(chang)應用(yong)潛(qian)力。

4、結論

火電廠靈(ling)活(huo)性改造(zao)技術(shu)中，采用增加(jia)機(ji)組(zu)供(gong)熱能力的(de)方法，如汽輪(lun)機(ji)旁(pang)路供(gong)熱，低壓缸零出力和高背(bei)壓循環水供(gong)熱技術(shu)等，能夠有效降低機(ji)組(zu)的(de)強迫出力，提高電廠低負(fu)荷運行靈(ling)活(huo)性，但會降低機(ji)組(zu)在負(fu)荷高峰時的(de)頂負(fu)荷能力，在新的(de)輔助(zhu)服務(wu)規則下面(mian)臨調(diao)峰收益損失。

采用電(dian)(dian)熱供(gong)暖調峰(feng)技術(shu)，如(ru)電(dian)(dian)鍋爐固體儲熱，電(dian)(dian)極鍋爐等，投資(zi)成本高(gao)(gao)，以(yi)電(dian)(dian)能為熱源，運行費用高(gao)(gao)，在輔助服務(wu)市(shi)場中競爭力不足。

火電廠(chang)采用熱(re)儲能調峰(feng)技術，既能增加機組的(de)低負荷(he)運行能力(li)，也(ye)能增加負荷(he)高峰(feng)時的(de)頂(ding)負荷(he)能力(li)，運行費用低，具備較好的(de)經(jing)濟優勢(shi)。

通過對熔鹽(yan)熱(re)(re)儲能(neng)、相變儲能(neng)、熱(re)(re)水儲能(neng)和(he)混凝土熱(re)(re)儲能(neng)幾種技術在(zai)火(huo)電廠應用的方案(an)對比，可(ke)得(de)出如下表(biao)2結(jie)論(lun)：

表2：熔鹽(yan)、相變、熱(re)水和混凝土熱(re)儲能在火電廠應用的(de)技術對比

綜合多(duo)種熱(re)儲能技術在(zai)火電廠(chang)應用的分析比較，可(ke)以(yi)得出：

(1)熔鹽熱(re)儲能和(he)相(xiang)變儲能適合汽輪機回熱(re)系統的熱(re)儲能，但存在(zai)成(cheng)本高(gao)，經濟性較差的問題;

(2)熱水儲(chu)能投(tou)資成本低，經(jing)濟(ji)性較好(hao)，但儲(chu)能密度小，占地大，應用(yong)場合存在一(yi)定限制;

(3)混凝(ning)土熱(re)儲能(neng)成本低(di)，儲能(neng)密度較(jiao)高(gao)，應用溫(wen)度范圍廣，即可(ke)用于民(min)用供暖，也可(ke)用于工業供熱(re)，具有較(jiao)好的經濟(ji)可(ke)行性和市(shi)場應用潛力。