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摘要：為提高電(dian)力系(xi)統(tong)靈活性電(dian)源占比，解(jie)決(jue)新能(neng)源消納問題，本研(yan)究提出百兆瓦級熔(rong)鹽(yan)儲(chu)能(neng)技術(shu)，在火(huo)(huo)電(dian)機(ji)組熱力系(xi)統(tong)中的“鍋(guo)爐(lu)-汽機(ji)”之間，嵌入(ru)大容量高溫熔(rong)鹽(yan)儲(chu)熱系(xi)統(tong)，實(shi)現熱電(dian)解(jie)耦。研(yan)究表明，百兆瓦級熔(rong)鹽(yan)儲(chu)能(neng)技術(shu)，可使汽機(ji)按(an)照最(zui)低出力運(yun)行(xing)，同(tong)時(shi)保證鍋(guo)爐(lu)安全(quan)運(yun)行(xing)且不停爐(lu)，大幅(fu)度(du)(du)增加火(huo)(huo)電(dian)機(ji)組深度(du)(du)調(diao)峰能(neng)力。

在保證鍋爐安全性和鹽水換熱器制造能力條件下，儲熱系統設計較高的主蒸汽壓力和較高的過冷高壓水溫度，能有效提高熔鹽儲熱過程熱熔鹽溫度和減少熔鹽使用量，達到降低熔鹽儲能初投資的目的。對百兆瓦級熔鹽儲能技術各模塊進行理論計算，結果表明，系統綜合效率高達77.8%，在大規模儲能領域具有廣泛的應用前景。

關鍵詞：儲能；高(gao)溫儲熱(re)；深度(du)調峰(feng)；熔鹽

“十三五”期間，新(xin)(xin)能(neng)(neng)源風光(guang)發電(dian)(dian)裝機規模迅猛(meng)發展，同(tong)時(shi)電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)負(fu)荷中居(ju)民(min)用(yong)電(dian)(dian)和(he)第三產業(ye)用(yong)電(dian)(dian)比(bi)(bi)重(zhong)持續快速增(zeng)長。不論是(shi)新(xin)(xin)能(neng)(neng)源發電(dian)(dian)出(chu)力(li)(li)(li)(li)，還是(shi)居(ju)民(min)和(he)第三產業(ye)的(de)(de)(de)用(yong)電(dian)(dian)負(fu)荷，都具有很強的(de)(de)(de)日(ri)內波動性，這些都對電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)系統(tong)的(de)(de)(de)靈(ling)(ling)(ling)活(huo)性運行(xing)造成很大(da)(da)挑戰。在碳達(da)峰、碳中和(he)“3060”目標的(de)(de)(de)背景(jing)下，以新(xin)(xin)能(neng)(neng)源為(wei)主體(ti)的(de)(de)(de)新(xin)(xin)型(xing)電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)系統(tong)的(de)(de)(de)提出(chu)對電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)系統(tong)的(de)(de)(de)靈(ling)(ling)(ling)活(huo)性提出(chu)了更高的(de)(de)(de)要求。而(er)據中國(guo)(guo)(guo)電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)企業(ye)聯合會統(tong)計，我國(guo)(guo)(guo)發電(dian)(dian)裝機以煤電(dian)(dian)為(wei)主，抽水蓄能(neng)(neng)、燃氣發電(dian)(dian)等靈(ling)(ling)(ling)活(huo)調(diao)節(jie)電(dian)(dian)源裝機占比(bi)(bi)不到(dao)6%，比(bi)(bi)較而(er)言，歐美(mei)等國(guo)(guo)(guo)靈(ling)(ling)(ling)活(huo)電(dian)(dian)源比(bi)(bi)重(zhong)較高，西(xi)班牙、德國(guo)(guo)(guo)、美(mei)國(guo)(guo)(guo)占比(bi)(bi)分別(bie)為(wei)34%、18%、49%[3]。電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)系統(tong)急需大(da)(da)比(bi)(bi)例靈(ling)(ling)(ling)活(huo)電(dian)(dian)源改善電(dian)(dian)源結構，緩解系統(tong)調(diao)峰壓(ya)力(li)(li)(li)(li)，解決新(xin)(xin)能(neng)(neng)源電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)消納(na)問(wen)題，在現階段，對系統(tong)中容量占比(bi)(bi)最大(da)(da)的(de)(de)(de)火電(dian)(dian)機組進(jin)行(xing)靈(ling)(ling)(ling)活(huo)性改造是(shi)改善這一問(wen)題的(de)(de)(de)重(zhong)要手(shou)段。

2018年3月，《國家發(fa)(fa)(fa)展改(gai)革委國家能(neng)(neng)(neng)源(yuan)局關于提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)電(dian)(dian)力系統(tong)調(diao)節能(neng)(neng)(neng)力的(de)指導(dao)意見》(發(fa)(fa)(fa)改(gai)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)〔2018〕364號(hao))在關于加快(kuai)推(tui)進電(dian)(dian)源(yuan)側調(diao)節能(neng)(neng)(neng)力提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)的(de)要求中，明確提(ti)(ti)出實施(shi)火(huo)電(dian)(dian)靈活性(xing)提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)工程和推(tui)動新型儲(chu)能(neng)(neng)(neng)技術發(fa)(fa)(fa)展及應用(yong)。但是，現(xian)有的(de)火(huo)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)靈活性(xing)改(gai)造主要受限于鍋爐調(diao)峰深度有限、機(ji)組(zu)經濟性(xing)和安全性(xing)不足的(de)問題。頻繁、大幅(fu)度地調(diao)節會(hui)降低(di)(di)火(huo)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)使用(yong)壽命(ming)，并導(dao)致(zhi)收益較(jiao)低(di)(di)。儲(chu)熱(re)(re)(re)技術可以實現(xian)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)整合，提(ti)(ti)高能(neng)(neng)(neng)源(yuan)系統(tong)調(diao)峰能(neng)(neng)(neng)力，但目前火(huo)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)儲(chu)熱(re)(re)(re)技術均為汽機(ji)側民(min)用(yong)供暖(nuan)蓄熱(re)(re)(re)，容(rong)量有限，非供暖(nuan)期(qi)不能(neng)(neng)(neng)發(fa)(fa)(fa)揮調(diao)峰作(zuo)用(yong)。

熔鹽(yan)(yan)儲(chu)熱目前(qian)主要用(yong)于太陽能(neng)熱發電的大規模儲(chu)熱系(xi)統中，具有較好的經濟性。范慶偉(wei)等提出(chu)基于儲(chu)熱過(guo)程的工(gong)(gong)業供汽(qi)機組(zu)(zu)熱電解(jie)耦方案(an)，在火(huo)電機組(zu)(zu)正(zheng)常運行(xing)(xing)時(shi)抽取主蒸(zheng)汽(qi)/高(gao)溫(wen)再(zai)(zai)熱蒸(zheng)汽(qi)儲(chu)熱，在供汽(qi)高(gao)負荷(he)時(shi)熔鹽(yan)(yan)放(fang)熱，實(shi)現熱電解(jie)耦。鹿院衛等公開(kai)一種(zhong)火(huo)電廠(chang)深度調峰(feng)裝置專利，分別抽取鍋(guo)爐(lu)主蒸(zheng)汽(qi)、鍋(guo)爐(lu)高(gao)溫(wen)再(zai)(zai)熱蒸(zheng)汽(qi)、汽(qi)輪機級間再(zai)(zai)熱蒸(zheng)汽(qi)進行(xing)(xing)儲(chu)熱，實(shi)現火(huo)電機組(zu)(zu)靈活調峰(feng)。時(shi)正(zheng)海等公開(kai)一種(zhong)鍋(guo)爐(lu)高(gao)溫(wen)煙(yan)氣熔鹽(yan)(yan)儲(chu)熱裝置及其(qi)工(gong)(gong)作方法(fa)專利，利用(yong)鍋(guo)爐(lu)高(gao)溫(wen)煙(yan)氣加(jia)熱熔鹽(yan)(yan)儲(chu)熱，實(shi)現火(huo)電機組(zu)(zu)靈活調峰(feng)。當前(qian)熔鹽(yan)(yan)儲(chu)熱技術受限于鍋(guo)爐(lu)再(zai)(zai)熱器超溫(wen)問題，只能(neng)在火(huo)電機組(zu)(zu)正(zheng)常運行(xing)(xing)時(shi)儲(chu)熱，不能(neng)在深度調峰(feng)低負荷(he)工(gong)(gong)況下(xia)儲(chu)熱，調峰(feng)能(neng)力有限。

本研究在(zai)火(huo)電機(ji)(ji)組熱(re)(re)(re)力系(xi)(xi)統中的“鍋(guo)爐-汽(qi)機(ji)(ji)”之間，嵌(qian)入大(da)容量(liang)高(gao)溫熔(rong)鹽儲(chu)熱(re)(re)(re)系(xi)(xi)統，削弱原本剛性聯系(xi)(xi)的“爐機(ji)(ji)耦合(he)”。深(shen)度調(diao)峰(feng)時，保(bao)持鍋(guo)爐正常運(yun)(yun)行負荷(he)，汽(qi)機(ji)(ji)運(yun)(yun)行在(zai)低負荷(he)調(diao)峰(feng)工況，鍋(guo)爐側(ce)多(duo)余高(gao)參數蒸汽(qi)熱(re)(re)(re)量(liang)被儲(chu)熱(re)(re)(re)系(xi)(xi)統存儲(chu)，保(bao)證大(da)規模儲(chu)熱(re)(re)(re)和深(shen)度調(diao)峰(feng)運(yun)(yun)行。

1、百兆瓦級熔鹽儲能工藝設計

1.1儲熱介質

大(da)型火電機(ji)組(zu)用于(yu)(yu)推動汽輪機(ji)做(zuo)功的蒸汽溫(wen)(wen)度在(zai)540～600℃，屬于(yu)(yu)高(gao)溫(wen)(wen)領域。在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)儲熱(re)(re)技(ji)術(shu)中(zhong)，二元熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(solar salt)儲熱(re)(re)既能(neng)很好匹(pi)配這一溫(wen)(wen)度參數，又能(neng)實現(xian)大(da)規模儲熱(re)(re)和(he)放熱(re)(re)，非常適合(he)應(ying)用于(yu)(yu)火電機(ji)組(zu)儲熱(re)(re)。二元熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)由KNO3(質(zhi)量分數40%)和(he)NaNO3(60%)組(zu)成(cheng)，熔(rong)(rong)(rong)點約(yue)為(wei)220℃，常壓條件下(xia)可在(zai)600℃時(shi)保持化(hua)學穩(wen)定性(xing)，熔(rong)(rong)(rong)化(hua)狀態下(xia)的流(liu)動性(xing)和(he)換熱(re)(re)性(xing)能(neng)較好。二元熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)儲熱(re)(re)是太(tai)陽能(neng)熱(re)(re)發電項目中(zhong)廣泛采用的儲能(neng)介質(zhi)，已經投入(ru)商業示范運行，使用溫(wen)(wen)度范圍280～565℃，具備(bei)技(ji)術(shu)可靠性(xing)、安(an)全性(xing)和(he)經濟性(xing)。

1.2儲熱工藝

大(da)(da)型(xing)火電機組中(zhong)的(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)介(jie)質(zhi)包(bao)含煙氣、高(gao)(gao)壓主蒸汽(qi)(qi)和高(gao)(gao)溫(wen)(wen)再熱(re)(re)蒸汽(qi)(qi)，均可(ke)通(tong)過(guo)換熱(re)(re)器與(yu)熔鹽(yan)(yan)換熱(re)(re)儲(chu)熱(re)(re)。其中(zhong)煙氣的(de)溫(wen)(wen)度品位最(zui)高(gao)(gao)，爐(lu)膛(tang)出(chu)口(kou)(kou)煙溫(wen)(wen)在低(di)負荷(he)時仍然(ran)高(gao)(gao)達(da)700～800℃，然(ran)而(er)大(da)(da)量(liang)抽取爐(lu)膛(tang)出(chu)口(kou)(kou)煙氣用于儲(chu)熱(re)(re)時，將導致尾部煙道換熱(re)(re)器受熱(re)(re)比例失衡(heng)，造成(cheng)蒸汽(qi)(qi)參數不達(da)標問(wen)題。高(gao)(gao)壓主蒸汽(qi)(qi)與(yu)熔鹽(yan)(yan)換熱(re)(re)儲(chu)熱(re)(re)時，受限于鍋爐(lu)再熱(re)(re)器安全性(xing)問(wen)題，只能(neng)(neng)少量(liang)抽汽(qi)(qi)儲(chu)能(neng)(neng)，無(wu)法滿(man)足(zu)深(shen)度調峰(feng)要(yao)求(qiu)。高(gao)(gao)溫(wen)(wen)再熱(re)(re)蒸汽(qi)(qi)的(de)主要(yao)問(wen)題是，因蒸汽(qi)(qi)壓力對應的(de)飽和溫(wen)(wen)度低(di)于熔鹽(yan)(yan)凝固風(feng)險溫(wen)(wen)度，只能(neng)(neng)將部分顯熱(re)(re)與(yu)熔鹽(yan)(yan)換熱(re)(re)儲(chu)熱(re)(re)，無(wu)法滿(man)足(zu)深(shen)度調峰(feng)要(yao)求(qiu)。

本研(yan)究(jiu)提出(chu)的火電(dian)機組百兆(zhao)瓦(wa)級熔(rong)(rong)鹽儲能工(gong)(gong)藝(yi)(yi)，同時抽(chou)取(qu)高(gao)(gao)壓主蒸汽和高(gao)(gao)溫再熱(re)(re)蒸汽與熔(rong)(rong)鹽換熱(re)(re)，實現百兆(zhao)瓦(wa)級儲熱(re)(re)和深(shen)度調峰。詳細工(gong)(gong)藝(yi)(yi)方案(an)如圖1所示，該(gai)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)方案(an)包含(han)充熱(re)(re)過程(cheng)、儲熱(re)(re)過程(cheng)和放熱(re)(re)過程(cheng)。

圖1火(huo)電機組百兆(zhao)瓦級(ji)熔鹽(yan)儲能工藝流程

如(ru)圖1所示，充熱(re)(re)(re)(re)(re)過程(cheng)涉及主(zhu)(zhu)機模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)和(he)充熱(re)(re)(re)(re)(re)功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)，包括高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)主(zhu)(zhu)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)換熱(re)(re)(re)(re)(re)和(he)高(gao)溫再熱(re)(re)(re)(re)(re)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)換熱(re)(re)(re)(re)(re)過程(cheng)。其中(zhong)，鍋爐產生(sheng)的(de)(de)主(zhu)(zhu)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)除滿足主(zhu)(zhu)機模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)中(zhong)的(de)(de)汽(qi)(qi)輪發電機組深度調峰所需蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)流量(liang)外(wai)，剩余高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)主(zhu)(zhu)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)進入充熱(re)(re)(re)(re)(re)功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)中(zhong)，依次與(yu)過熱(re)(re)(re)(re)(re)加熱(re)(re)(re)(re)(re)器(qi)(qi)、相變(bian)加熱(re)(re)(re)(re)(re)器(qi)(qi)和(he)預(yu)熱(re)(re)(re)(re)(re)加熱(re)(re)(re)(re)(re)器(qi)(qi)內(nei)熔鹽(yan)換熱(re)(re)(re)(re)(re)，放(fang)熱(re)(re)(re)(re)(re)后(hou)變(bian)成高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)凝結水(shui)(shui)回(hui)水(shui)(shui)，該回(hui)水(shui)(shui)經高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)給水(shui)(shui)泵升壓(ya)(ya)(ya)(ya)后(hou)送回(hui)主(zhu)(zhu)機模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)加熱(re)(re)(re)(re)(re)器(qi)(qi)的(de)(de)出口給水(shui)(shui)管(guan)道，與(yu)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)給水(shui)(shui)混合后(hou)送入鍋爐省煤器(qi)(qi)。進一步在(zai)鍋爐本體(ti)吸(xi)熱(re)(re)(re)(re)(re)后(hou)，再次產生(sheng)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)主(zhu)(zhu)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)，實現高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)主(zhu)(zhu)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)在(zai)主(zhu)(zhu)機模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)和(he)充熱(re)(re)(re)(re)(re)功(gong)率(lv)模(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)之間(jian)的(de)(de)吸(xi)熱(re)(re)(re)(re)(re)-放(fang)熱(re)(re)(re)(re)(re)循環。

另(ling)外，鍋爐產生的(de)(de)(de)高溫(wen)(wen)再(zai)(zai)(zai)熱蒸(zheng)汽(qi)除(chu)滿足主(zhu)(zhu)機(ji)模塊(kuai)(kuai)中(zhong)的(de)(de)(de)汽(qi)輪發電機(ji)組深(shen)度(du)調峰所需(xu)蒸(zheng)汽(qi)流(liu)量(liang)外，剩余高溫(wen)(wen)再(zai)(zai)(zai)熱蒸(zheng)汽(qi)進(jin)入充(chong)熱功率模塊(kuai)(kuai)與再(zai)(zai)(zai)熱加熱器內熔(rong)鹽換熱，放熱后(hou)(hou)變(bian)成低溫(wen)(wen)低壓(ya)蒸(zheng)汽(qi)，再(zai)(zai)(zai)被升壓(ya)設備提高壓(ya)力后(hou)(hou)送(song)回主(zhu)(zhu)機(ji)模塊(kuai)(kuai)中(zhong)的(de)(de)(de)低溫(wen)(wen)再(zai)(zai)(zai)熱蒸(zheng)汽(qi)管道，與高壓(ya)缸出口低溫(wen)(wen)再(zai)(zai)(zai)熱蒸(zheng)汽(qi)混合后(hou)(hou)送(song)入鍋爐再(zai)(zai)(zai)熱器。進(jin)一步(bu)在鍋爐中(zhong)吸(xi)熱后(hou)(hou)，再(zai)(zai)(zai)次(ci)產生高溫(wen)(wen)再(zai)(zai)(zai)熱蒸(zheng)汽(qi)，實現(xian)高溫(wen)(wen)再(zai)(zai)(zai)熱蒸(zheng)汽(qi)在主(zhu)(zhu)機(ji)模塊(kuai)(kuai)和充(chong)熱功率模塊(kuai)(kuai)之間的(de)(de)(de)吸(xi)熱-放熱循環(huan)。

儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)涉及充熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)功率模(mo)塊和儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)能量模(mo)塊。儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)能量模(mo)塊中的(de)(de)冷鹽(yan)(yan)罐(guan)(guan)內(nei)低(di)溫(wen)熔(rong)鹽(yan)(yan)由(you)低(di)溫(wen)熔(rong)鹽(yan)(yan)泵(beng)加(jia)壓，首(shou)先送入(ru)(ru)充熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)功率模(mo)塊中的(de)(de)預熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器，被加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)后(hou)再進入(ru)(ru)相變(bian)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器，加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)后(hou)分(fen)成(cheng)兩路熔(rong)鹽(yan)(yan)，一(yi)路進入(ru)(ru)過(guo)(guo)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器被加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)，另一(yi)路進入(ru)(ru)再熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)器被加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)，兩路熔(rong)鹽(yan)(yan)混合后(hou)進入(ru)(ru)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)鹽(yan)(yan)罐(guan)(guan)儲(chu)(chu)存起來，實(shi)現熔(rong)鹽(yan)(yan)回路的(de)(de)流(liu)動和儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)。儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中，冷鹽(yan)(yan)罐(guan)(guan)內(nei)熔(rong)鹽(yan)(yan)逐漸(jian)變(bian)少，熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)(re)鹽(yan)(yan)罐(guan)(guan)內(nei)熔(rong)鹽(yan)(yan)逐漸(jian)增多。

放(fang)(fang)熱(re)(re)(re)(re)過(guo)程(cheng)涉及儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)能量模塊(kuai)、放(fang)(fang)熱(re)(re)(re)(re)功(gong)(gong)率(lv)模塊(kuai)和(he)主機(ji)模塊(kuai)。熔鹽(yan)儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)為高(gao)(gao)溫(wen)儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)，放(fang)(fang)熱(re)(re)(re)(re)過(guo)程(cheng)可(ke)產生(sheng)較高(gao)(gao)參數(shu)的(de)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)。主機(ji)模塊(kuai)中的(de)除氧器(qi)(qi)(qi)水經加壓后送入放(fang)(fang)熱(re)(re)(re)(re)功(gong)(gong)率(lv)模塊(kuai)，在熔鹽(yan)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)發(fa)生(sheng)系統內與來自儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)能量模塊(kuai)熱(re)(re)(re)(re)鹽(yan)罐的(de)高(gao)(gao)溫(wen)熔鹽(yan)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)，依次(ci)經過(guo)預熱(re)(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)、蒸(zheng)(zheng)發(fa)器(qi)(qi)(qi)和(he)過(guo)熱(re)(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)后變(bian)成設定參數(shu)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)。放(fang)(fang)熱(re)(re)(re)(re)產生(sheng)的(de)高(gao)(gao)參數(shu)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)可(ke)以返回主機(ji)模塊(kuai)，替代高(gao)(gao)壓加熱(re)(re)(re)(re)器(qi)(qi)(qi)抽汽(qi)間接做功(gong)(gong)。放(fang)(fang)熱(re)(re)(re)(re)過(guo)程(cheng)中，冷鹽(yan)罐內熔鹽(yan)逐漸增多(duo)，熱(re)(re)(re)(re)鹽(yan)罐內熔鹽(yan)逐漸變(bian)少。

上述熔鹽儲熱(re)(re)工藝流程建(jian)立之后，鍋爐(lu)(lu)和(he)汽(qi)輪機(ji)之間的剛(gang)性聯系被打(da)斷，鍋爐(lu)(lu)可保持在(zai)正常(chang)負(fu)(fu)荷(he)(he)(he)運行，產生的主(zhu)蒸(zheng)汽(qi)和(he)高溫再熱(re)(re)蒸(zheng)汽(qi)一部分進(jin)(jin)(jin)入(ru)汽(qi)輪機(ji)，按照(zhao)電(dian)力(li)調度需求進(jin)(jin)(jin)行汽(qi)輪機(ji)低(di)負(fu)(fu)荷(he)(he)(he)透平發電(dian)，而另外一部分高參(can)數蒸(zheng)汽(qi)進(jin)(jin)(jin)入(ru)熔鹽儲能換熱(re)(re)系統。如此，汽(qi)機(ji)能夠按照(zhao)最低(di)出(chu)力(li)運行，同(tong)時保證鍋爐(lu)(lu)安全運行且不停爐(lu)(lu)，解決傳統靈活(huo)性改造方案存(cun)在(zai)的鍋爐(lu)(lu)低(di)負(fu)(fu)荷(he)(he)(he)脫硝和(he)穩(wen)燃問題(ti)。

2、百兆瓦級熔鹽儲能工藝設計

2.1熱質平衡理論

如圖2所(suo)示，百兆瓦(wa)級(ji)熔(rong)鹽(yan)儲能(neng)工藝包含(han)4個(ge)換熱(re)(re)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)。一是(shi)(shi)高(gao)壓(ya)主蒸汽(qi)(qi)過(guo)(guo)(guo)熱(re)(re)放(fang)熱(re)(re)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)，從(cong)過(guo)(guo)(guo)熱(re)(re)蒸汽(qi)(qi)(Qm、pm1、Tm1)變(bian)為(wei)(wei)接(jie)近(jin)飽(bao)(bao)和(he)(he)蒸汽(qi)(qi)(Qm、pm2、Tm2)，將(jiang)熔(rong)鹽(yan)從(cong)(Qs1、ps2、Ts2)升溫(wen)(wen)(wen)至(zhi)(Qs1、ps3、Ts3)；二是(shi)(shi)高(gao)壓(ya)主蒸汽(qi)(qi)凝結(jie)放(fang)熱(re)(re)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)，從(cong)接(jie)近(jin)飽(bao)(bao)和(he)(he)蒸汽(qi)(qi)(Qm、pm2、Tm2)變(bian)為(wei)(wei)飽(bao)(bao)和(he)(he)高(gao)壓(ya)水(Qm、pm3、Tm3)，將(jiang)熔(rong)鹽(yan)從(cong)(Qs0、ps1、Ts1)升溫(wen)(wen)(wen)至(zhi)(Qs0、ps2、Ts2)；三是(shi)(shi)高(gao)壓(ya)主蒸汽(qi)(qi)過(guo)(guo)(guo)冷放(fang)熱(re)(re)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)，從(cong)飽(bao)(bao)和(he)(he)高(gao)壓(ya)水(Qm、pm3、Tm3)變(bian)為(wei)(wei)過(guo)(guo)(guo)冷高(gao)壓(ya)水(Qm、pm4、Tm4)，將(jiang)熔(rong)鹽(yan)從(cong)(Qs0、ps0、Ts0)升溫(wen)(wen)(wen)至(zhi)(Qs0、ps1、Ts1)；四是(shi)(shi)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)再(zai)熱(re)(re)蒸汽(qi)(qi)的放(fang)熱(re)(re)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)，從(cong)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)再(zai)熱(re)(re)蒸汽(qi)(qi)(Qr、pr1、Tr1)變(bian)為(wei)(wei)低溫(wen)(wen)(wen)再(zai)熱(re)(re)蒸汽(qi)(qi)(Qr、pr2、Tr2)，將(jiang)熔(rong)鹽(yan)從(cong)(Qs2、ps2’、Ts2)升溫(wen)(wen)(wen)至(zhi)(Qs2、ps3’、Ts3)。

圖2熔鹽(yan)儲(chu)熱(re)工(gong)藝熱(re)質平衡

其中，Q為(wei)流(liu)量，kg/s；p為(wei)壓力，MPa；T為(wei)溫度(du)，℃；下(xia)標m表示主蒸汽(qi)；r表示再(zai)熱蒸汽(qi)；s表示熔(rong)鹽。主要熱質(zhi)平衡計算式如(ru)下(xia)

式中(zhong)，H為(wei)焓值，kJ/kg；cp為(wei)熔鹽比熱容(rong)，kJ/(kg·℃)；Ts為(wei)熔鹽溫(wen)度(du)，℃。熔鹽比熱容(rong)與溫(wen)度(du)關系(xi)如下

由圖2和(he)熱(re)(re)質(zhi)平衡方程(cheng)可知，儲(chu)熱(re)(re)換(huan)熱(re)(re)過(guo)程(cheng)中(zhong)，受限于(yu)熔鹽(yan)凝固(gu)溫(wen)(wen)度(du)(du)，主(zhu)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)和(he)再熱(re)(re)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)換(huan)熱(re)(re)后的溫(wen)(wen)度(du)(du)(Tm4、Tr2)不(bu)能低于(yu)凝固(gu)風(feng)險溫(wen)(wen)度(du)(du)，主(zhu)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)和(he)熔鹽(yan)換(huan)熱(re)(re)夾點溫(wen)(wen)差的上端溫(wen)(wen)度(du)(du)(Tm2)取決于(yu)主(zhu)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)壓力(pm2)，熔鹽(yan)儲(chu)熱(re)(re)過(guo)程(cheng)的熱(re)(re)熔鹽(yan)溫(wen)(wen)度(du)(du)(Ts3)取決于(yu)主(zhu)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)和(he)再熱(re)(re)蒸(zheng)汽(qi)(qi)(qi)的最(zui)高溫(wen)(wen)度(du)(du)(Tm1、Tr1)和(he)熔鹽(yan)流量(Qs1、Qs2)。

2.2儲熱過程優化

為(wei)(wei)進一步闡述熱(re)質平(ping)衡(heng)方程中(zhong)不同變量(liang)之(zhi)間的(de)邏輯關系，分析自(zi)變量(liang)變化對(dui)因變量(liang)的(de)影響，并論證最優熔鹽(yan)(yan)儲(chu)能(neng)方案。本(ben)研究以(yi)電(dian)(dian)功率350 MW超臨(lin)界(jie)火電(dian)(dian)機組(zu)百兆瓦級熔鹽(yan)(yan)儲(chu)能(neng)為(wei)(wei)例(li)，汽(qi)輪發電(dian)(dian)機組(zu)維(wei)持深度(du)調(diao)峰30%負荷(he)出力(li)，鍋爐保持在70%負荷(he)高(gao)出力(li)，則火電(dian)(dian)機組(zu)減(jian)少(shao)的(de)40%負荷(he)用于熔鹽(yan)(yan)儲(chu)能(neng)，故熔鹽(yan)(yan)儲(chu)能(neng)等效(xiao)電(dian)(dian)功率為(wei)(wei)140 MW。此時用于熔鹽(yan)(yan)儲(chu)熱(re)的(de)高(gao)壓主蒸(zheng)汽(qi)517.8 t/h，高(gao)溫再熱(re)蒸(zheng)汽(qi)237.8 t/h，兩者溫度(du)分別(bie)為(wei)(wei)566℃和528℃。

熔(rong)鹽(yan)儲(chu)熱(re)(re)成(cheng)本主(zhu)要受熔(rong)鹽(yan)使(shi)用(yong)量的(de)(de)影響(xiang)，在西班牙Andasol 1槽式(shi)光熱(re)(re)電站中，熔(rong)鹽(yan)和(he)儲(chu)熱(re)(re)罐(guan)分別占其儲(chu)熱(re)(re)系統50%和(he)20%的(de)(de)成(cheng)本。因此，有必要優化(hua)儲(chu)熱(re)(re)系統方案，達到減少熔(rong)鹽(yan)使(shi)用(yong)量、降低(di)儲(chu)熱(re)(re)系統初投資的(de)(de)目的(de)(de)。

熔(rong)(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)為顯熱(re)(re)(re)(re)(re)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)，在充熱(re)(re)(re)(re)(re)功率和充熱(re)(re)(re)(re)(re)時(shi)長確定的(de)(de)條件下，熔(rong)(rong)鹽(yan)使(shi)用量(liang)取決(jue)于熔(rong)(rong)鹽(yan)流(liu)量(liang)(Qs0)和熔(rong)(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)過程溫(wen)(wen)(wen)差(?T=Ts3-Ts1)。如(ru)前所(suo)述，受限(xian)于熔(rong)(rong)鹽(yan)安全使(shi)用溫(wen)(wen)(wen)度范圍，熔(rong)(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)過程冷熔(rong)(rong)鹽(yan)溫(wen)(wen)(wen)度(Ts1)設(she)計為280℃，夾點(dian)溫(wen)(wen)(wen)差5℃，假定主蒸汽換熱(re)(re)(re)(re)(re)后的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度，即過冷高壓水溫(wen)(wen)(wen)度，和再熱(re)(re)(re)(re)(re)蒸汽換熱(re)(re)(re)(re)(re)后的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度相同，即Tm4＝Tr2。則(ze)熔(rong)(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)過程熱(re)(re)(re)(re)(re)熔(rong)(rong)鹽(yan)溫(wen)(wen)(wen)度(Ts3)和熔(rong)(rong)鹽(yan)流(liu)量(liang)(Qs0)隨主蒸汽壓力(pm2)的(de)(de)變化關系分別如(ru)圖3和圖4所(suo)示。

圖3熱熔(rong)鹽(yan)溫度(Ts3)隨主蒸汽壓力(pm2)的變化關系

圖4熔鹽流量(Qs0)隨主蒸(zheng)汽(qi)壓力(pm2)的(de)變化關(guan)系

計(ji)算選取(qu)的(de)主(zhu)蒸汽(qi)壓(ya)(ya)力范圍(wei)是(shi)13.5 MPa≤p≤21.5 MPa，該壓(ya)(ya)力范圍(wei)對應的(de)蒸汽(qi)飽和溫(wen)度范圍(wei)是(shi)333.8～371.8℃，可保證主(zhu)蒸汽(qi)冷凝放出(chu)大量熱(re)被冷熔(rong)鹽(280℃)吸收。由圖(tu)3可知，隨著(zhu)主(zhu)蒸汽(qi)壓(ya)(ya)力(pm2)的(de)增(zeng)大，熔(rong)鹽儲熱(re)過程(cheng)熱(re)熔(rong)鹽溫(wen)度(Ts3)也逐漸(jian)提(ti)高，且兩者近似呈線(xian)型關(guan)系。以過冷高壓(ya)(ya)水(shui)溫(wen)度(Tm4)290℃為例，兩者關(guan)系為

由于主(zhu)(zhu)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)壓(ya)(ya)力(li)(pm2)的(de)增大(da)，其對應凝(ning)結(jie)溫(wen)(wen)度(du)越高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)，在(zai)凝(ning)結(jie)放(fang)熱(re)(re)(re)(re)段大(da)量釋放(fang)出更(geng)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)度(du)的(de)熱(re)(re)(re)(re)量，有助(zhu)于提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)熔(rong)鹽(yan)(yan)在(zai)凝(ning)結(jie)放(fang)熱(re)(re)(re)(re)段之后的(de)溫(wen)(wen)度(du)(Ts2)。而凝(ning)結(jie)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)段換(huan)熱(re)(re)(re)(re)量占熔(rong)鹽(yan)(yan)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)量比(bi)例可(ke)達(da)70%以上，所以，儲熱(re)(re)(re)(re)系統設計較高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)的(de)主(zhu)(zhu)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)壓(ya)(ya)力(li)(pm2)，可(ke)提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)熔(rong)鹽(yan)(yan)儲熱(re)(re)(re)(re)過(guo)程熱(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan)(yan)溫(wen)(wen)度(du)(Ts3)。圖3中(zhong)，在(zai)主(zhu)(zhu)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)壓(ya)(ya)力(li)pm2=21.5 MPa時，熔(rong)鹽(yan)(yan)儲熱(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)(Ts3)最高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)可(ke)達(da)485℃；但主(zhu)(zhu)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)壓(ya)(ya)力(li)降至pm2=15.5 MPa時，熔(rong)鹽(yan)(yan)儲熱(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)(Ts3)最高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)僅有395℃，儲能(neng)?損失大(da)幅(fu)增加。由此進一步推測，若(ruo)將主(zhu)(zhu)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)壓(ya)(ya)力(li)提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)到(dao)(dao)臨(lin)界點以上，還可(ke)繼續提高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)熔(rong)鹽(yan)(yan)儲熱(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)(Ts3)。但目前管(guan)殼式換(huan)熱(re)(re)(re)(re)器受高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)介質(zhi)的(de)限制(zhi)，要做到(dao)(dao)超臨(lin)界換(huan)熱(re)(re)(re)(re)非常(chang)困難。故本方(fang)案熔(rong)鹽(yan)(yan)儲熱(re)(re)(re)(re)過(guo)程中(zhong)，主(zhu)(zhu)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)壓(ya)(ya)力(li)(pm2)宜(yi)取21.5 MPa，接近臨(lin)界壓(ya)(ya)力(li)。

在儲熱量(liang)(liang)固定的(de)條件下，熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)儲熱過(guo)程熱熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)溫度(Ts3)的(de)提(ti)高有(you)助于減少熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)使用(yong)量(liang)(liang)。如圖4所示，熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)流(liu)量(liang)(liang)(Qs0)隨主(zhu)(zhu)蒸汽(qi)(qi)(qi)壓(ya)力(li)(pm2)的(de)增加(jia)(jia)均(jun)呈負相(xiang)關關系。隨著主(zhu)(zhu)蒸汽(qi)(qi)(qi)壓(ya)力(li)(pm2)的(de)提(ti)高，熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)流(liu)量(liang)(liang)(Qs0)緩(huan)步減小。在主(zhu)(zhu)蒸汽(qi)(qi)(qi)壓(ya)力(li)pm2=21.5 MPa時(shi)，熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)流(liu)量(liang)(liang)(Qs0)最少只有(you)3171 t/h；但主(zhu)(zhu)蒸汽(qi)(qi)(qi)壓(ya)力(li)降至pm2=15.5 MPa時(shi)，熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)流(liu)量(liang)(liang)(Qs0)高達6371 t/h，導致儲能所需熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)量(liang)(liang)增加(jia)(jia)1倍。進(jin)一步分析圖4可(ke)知(zhi)，當主(zhu)(zhu)蒸汽(qi)(qi)(qi)壓(ya)力(li)接近pm2=21.5 MPa時(shi)，熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)流(liu)量(liang)(liang)(Qs0)的(de)變(bian)化已趨于平(ping)緩(huan)，這表(biao)明繼續提(ti)高主(zhu)(zhu)蒸汽(qi)(qi)(qi)壓(ya)力(li)(pm2)的(de)優化作用(yong)有(you)限，取主(zhu)(zhu)蒸汽(qi)(qi)(qi)壓(ya)力(li)(pm2)為(wei)21.5 MPa較為(wei)合適。

熔鹽儲(chu)(chu)熱過程(cheng)熔鹽流(liu)量(Qs0)和熱熔鹽溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(Ts3)隨(sui)過冷(leng)高(gao)(gao)(gao)壓水溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(Tm4)的(de)(de)變化關系分別如圖5和圖6所(suo)示。由圖知，在(zai)相(xiang)同(tong)(tong)主蒸(zheng)汽壓力(pm2)條件(jian)下，熔鹽流(liu)量(Qs0)隨(sui)過冷(leng)高(gao)(gao)(gao)壓水溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(Tm4)的(de)(de)增(zeng)加(jia)近似呈線型減(jian)(jian)小(xiao)的(de)(de)關系，熔鹽儲(chu)(chu)熱過程(cheng)熱熔鹽溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(Ts3)隨(sui)過冷(leng)高(gao)(gao)(gao)壓水的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(Tm4)增(zeng)加(jia)呈加(jia)速增(zeng)大的(de)(de)關系。由于過冷(leng)高(gao)(gao)(gao)壓水溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(Tm4)的(de)(de)增(zeng)大，其與凝(ning)結放(fang)(fang)熱溫(wen)(wen)(wen)(wen)差越小(xiao)，在(zai)過冷(leng)換(huan)熱段(duan)釋放(fang)(fang)出更(geng)(geng)少(shao)的(de)(de)熱量，有助(zhu)于減(jian)(jian)少(shao)在(zai)過冷(leng)加(jia)熱段(duan)的(de)(de)熔鹽流(liu)量(Qs0)。與此同(tong)(tong)時，熔鹽充(chong)熱熱量將被更(geng)(geng)高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度的(de)(de)凝(ning)結換(huan)熱段(duan)和過熱換(huan)熱段(duan)占據更(geng)(geng)高(gao)(gao)(gao)比(bi)例，故熔鹽儲(chu)(chu)熱過程(cheng)熱熔鹽溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(Ts3)會逐漸增(zeng)大。所(suo)以，儲(chu)(chu)熱系統設計較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)過冷(leng)高(gao)(gao)(gao)壓水溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(Tm4)，可提高(gao)(gao)(gao)熔鹽儲(chu)(chu)熱過程(cheng)熱熔鹽溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(Ts3)和減(jian)(jian)少(shao)熔鹽流(liu)量(Qs0)。

圖5熔鹽流量(Qs0)隨過冷高壓水溫度(Tm4)的(de)變化關系

圖(tu)6熱熔鹽溫(wen)度(Ts3)隨過冷(leng)高壓水(shui)溫(wen)度(Tm4)的(de)變(bian)化關系(xi)

進(jin)一步(bu)分(fen)析圖5和圖6可(ke)知(zhi)，最小熔鹽流量(liang)(Qs0)和最大熱(re)(re)熔鹽溫(wen)度(Ts3)均出現在(zai)過(guo)(guo)(guo)冷(leng)高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)水的(de)(de)溫(wen)度Tm4=360℃條件(jian)下，故(gu)儲熱(re)(re)過(guo)(guo)(guo)程理論上(shang)(shang)應盡量(liang)提高(gao)(gao)(gao)(gao)過(guo)(guo)(guo)冷(leng)高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)水的(de)(de)溫(wen)度(Tm4)才(cai)能降低(di)儲熱(re)(re)成本(ben)，但實際上(shang)(shang)過(guo)(guo)(guo)冷(leng)高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)水的(de)(de)溫(wen)度過(guo)(guo)(guo)高(gao)(gao)(gao)(gao)(Tm4>360℃)會造(zao)(zao)成數(shu)個換(huan)熱(re)(re)器處(chu)于水的(de)(de)臨界點附(fu)近換(huan)熱(re)(re)，由于此時水的(de)(de)熱(re)(re)物性(xing)參數(shu)波動較(jiao)(jiao)大，導(dao)致換(huan)熱(re)(re)器制造(zao)(zao)困難或者成本(ben)增大。此外，較(jiao)(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)度的(de)(de)過(guo)(guo)(guo)冷(leng)高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)水(Tm4>360℃)與(yu)主機模(mo)塊高(gao)(gao)(gao)(gao)加(jia)(jia)加(jia)(jia)熱(re)(re)器出口給水混(hun)合后，可(ke)能導(dao)致鍋爐(lu)(lu)省煤(mei)器入(ru)口給水接近飽和態，容易造(zao)(zao)成省煤(mei)器內給水汽(qi)化問題，影響(xiang)鍋爐(lu)(lu)安全(quan)性(xing)。故(gu)本(ben)方案熔鹽儲熱(re)(re)過(guo)(guo)(guo)程中，過(guo)(guo)(guo)冷(leng)高(gao)(gao)(gao)(gao)壓(ya)水溫(wen)度(Tm4)宜取360℃。

在實際(ji)熔(rong)(rong)鹽(yan)儲熱(re)(re)系統方案設計中，過(guo)冷(leng)(leng)高(gao)壓(ya)水(shui)溫(wen)(wen)度(Tm4)和再(zai)熱(re)(re)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)換熱(re)(re)后(hou)的(de)溫(wen)(wen)度(Tr2)可設為不同(tong)值(zhi)。在Tm4＝360℃時，若再(zai)熱(re)(re)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)換熱(re)(re)后(hou)的(de)溫(wen)(wen)度(Tr2)取相同(tong)值(zhi)，則(ze)會(hui)導致進入鍋(guo)爐再(zai)熱(re)(re)器(qi)的(de)冷(leng)(leng)段蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)溫(wen)(wen)度偏高(gao)，在保證鍋(guo)爐出口蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)溫(wen)(wen)度一定條件(jian)下(xia)，可造成再(zai)熱(re)(re)器(qi)一直處于事故(gu)噴水(shui)工況(kuang)。故(gu)同(tong)時考慮鍋(guo)爐再(zai)熱(re)(re)器(qi)安全性和冷(leng)(leng)熔(rong)(rong)鹽(yan)換熱(re)(re)溫(wen)(wen)差，則(ze)本方案熔(rong)(rong)鹽(yan)儲熱(re)(re)過(guo)程中，再(zai)熱(re)(re)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)換熱(re)(re)后(hou)的(de)溫(wen)(wen)度(Tr2)宜取320℃。

3、百兆瓦級熔鹽儲能工藝參數及綜合效率分析

3.1主要工藝參數

結合(he)工程實際和前述理(li)論分析，百兆瓦(wa)級(ji)熔鹽儲(chu)(chu)能技(ji)(ji)術(shu)選定技(ji)(ji)術(shu)參數見表(biao)1。儲(chu)(chu)熱(re)(re)容量指熔鹽儲(chu)(chu)能系統(tong)設(she)計儲(chu)(chu)存(cun)熱(re)(re)量，由(you)充(chong)熱(re)(re)功(gong)率和充(chong)熱(re)(re)時(shi)(shi)長(chang)決定。其中(zhong)，充(chong)熱(re)(re)時(shi)(shi)長(chang)取火電機組供熱(re)(re)季常(chang)見的調(diao)峰時(shi)(shi)長(chang)6 h。充(chong)熱(re)(re)功(gong)率為(wei)(wei)主機模塊中(zhong)鍋爐熱(re)(re)功(gong)率與(yu)汽輪機所(suo)需蒸(zheng)汽熱(re)(re)功(gong)率差值，則本例充(chong)熱(re)(re)功(gong)率為(wei)(wei)279.6 MW。故(gu)熔鹽儲(chu)(chu)能系統(tong)設(she)計儲(chu)(chu)熱(re)(re)量為(wei)(wei)1677.5 MW·h。

表1百(bai)兆瓦級熔(rong)鹽儲能技(ji)術參數

3.2百兆瓦級熔鹽儲能綜合效率分(fen)析

為(wei)(wei)進一步分析(xi)儲(chu)熱(re)系統工藝特點(dian)，有必(bi)要建(jian)立各模(mo)塊的理(li)論計算模(mo)型，并論證其邊界條(tiao)件和(he)(he)綜合效(xiao)率(lv)(lv)(lv)。本研(yan)究將熔(rong)鹽(yan)儲(chu)能綜合效(xiao)率(lv)(lv)(lv)定(ding)義為(wei)(wei)儲(chu)熱(re)效(xiao)率(lv)(lv)(lv)和(he)(he)做功?效(xiao)率(lv)(lv)(lv)之(zhi)積，表示熱(re)量經過熔(rong)鹽(yan)儲(chu)能系統充放過程，還剩余做功能力的比(bi)(bi)例。其中，儲(chu)熱(re)效(xiao)率(lv)(lv)(lv)為(wei)(wei)放熱(re)產生蒸(zheng)汽(qi)(qi)熱(re)量與(yu)充熱(re)所需(xu)蒸(zheng)汽(qi)(qi)熱(re)量之(zhi)比(bi)(bi)，做功?效(xiao)率(lv)(lv)(lv)為(wei)(wei)放熱(re)產生蒸(zheng)汽(qi)(qi)可(ke)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)為(wei)(wei)有用(yong)功的最高(gao)份額與(yu)充熱(re)所需(xu)蒸(zheng)汽(qi)(qi)可(ke)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)為(wei)(wei)有用(yong)功的最高(gao)份額之(zhi)比(bi)(bi)。

充(chong)熱(re)功(gong)率模(mo)塊的(de)(de)主要功(gong)能是將鍋爐產(chan)生的(de)(de)高壓主蒸汽和高溫(wen)(wen)再熱(re)蒸汽的(de)(de)熱(re)量(liang)傳遞給熔(rong)鹽(yan)，并以溫(wen)(wen)度(du)的(de)(de)形式儲存起來。充(chong)熱(re)功(gong)率是按照(zhao)火電機(ji)組調峰深度(du)進行配置，具體計算模(mo)型如下

式中，Pc為(wei)充熱(re)功率；Pe為(wei)火電機組(zu)額定功率；k0為(wei)基本調峰負荷率；k1為(wei)深度(du)調峰負荷率；Qm為(wei)主蒸汽流量；Hm1為(wei)主蒸汽換(huan)熱(re)前焓(han)值(zhi)；Hm4為(wei)過冷(leng)高壓水(shui)焓(han)值(zhi)；Qr為(wei)高溫再(zai)熱(re)蒸汽流量；Hr1為(wei)高溫再(zai)熱(re)蒸汽換(huan)熱(re)前焓(han)值(zhi)；Hr2為(wei)高溫再(zai)熱(re)蒸汽換(huan)熱(re)后(hou)焓(han)值(zhi)；Qs為(wei)儲熱(re)熔(rong)鹽流量；cp為(wei)儲熱(re)熔(rong)鹽比熱(re)容；Ts1為(wei)熔(rong)鹽儲熱(re)前的(de)溫度(du)；Ts3為(wei)熔(rong)鹽儲熱(re)后(hou)的(de)溫度(du)。

充熱(re)(re)功率(lv)(lv)模塊涉及管道和設備熱(re)(re)損(sun)失率(lv)(lv)η1和儲(chu)熱(re)(re)系統電(dian)(dian)(dian)耗率(lv)(lv)η2，取(qu)熱(re)(re)損(sun)失率(lv)(lv)η1=1%，增壓泵(beng)電(dian)(dian)(dian)耗率(lv)(lv)與再熱(re)(re)蒸汽流量相關，當再熱(re)(re)蒸汽流量約為(wei)主(zhu)蒸汽流量0.8倍時，運行電(dian)(dian)(dian)耗率(lv)(lv)η2=12.84%(其中，增壓機(ji)電(dian)(dian)(dian)耗率(lv)(lv)8.75%，高低(di)溫熔鹽泵(beng)電(dian)(dian)(dian)耗率(lv)(lv)共1.15%，高壓水泵(beng)電(dian)(dian)(dian)耗率(lv)(lv)1.93%，電(dian)(dian)(dian)伴熱(re)(re)等其他輔(fu)機(ji)電(dian)(dian)(dian)耗率(lv)(lv)計1%)。

儲熱(re)容(rong)量模塊(kuai)的主(zhu)要功能是(shi)保(bao)證當(dang)前(qian)充熱(re)功率(lv)條件下(xia)(xia)，鍋爐富余(yu)熱(re)量能夠在(zai)需求的調(diao)峰時(shi)長(chang)內全(quan)部儲存起來，儲熱(re)容(rong)量是(shi)按照火電機組(zu)深(shen)度(du)調(diao)峰時(shi)長(chang)進(jin)行配(pei)置(zhi)，具體計算模型(xing)如下(xia)(xia)

式中，Qc為(wei)儲熱(re)容(rong)量；t為(wei)調(diao)峰(feng)時長。儲熱(re)容(rong)量模塊(kuai)涉(she)及管道(dao)和設備熱(re)損失(shi)率η3，取熱(re)損失(shi)率η3=1%。

放(fang)(fang)熱(re)功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)模塊(kuai)的主要功(gong)(gong)能是將儲存熱(re)量(liang)釋放(fang)(fang)，產生高參數蒸汽，并返(fan)回汽輪機做(zuo)功(gong)(gong)發電。放(fang)(fang)熱(re)功(gong)(gong)率(lv)(lv)(lv)模塊(kuai)涉及管道和(he)設備熱(re)損(sun)失(shi)率(lv)(lv)(lv)η4和(he)做(zuo)功(gong)(gong)?損(sun)失(shi)率(lv)(lv)(lv)η5。取熱(re)損(sun)失(shi)率(lv)(lv)(lv)η4=1%，而做(zuo)功(gong)(gong)?損(sun)失(shi)與放(fang)(fang)熱(re)溫(wen)度有關，假(jia)定主蒸汽溫(wen)度566℃的?效(xiao)率(lv)(lv)(lv)為100%，則(ze)在儲能過(guo)程(cheng)熱(re)熔鹽溫(wen)度480.1℃條件下，放(fang)(fang)熱(re)過(guo)程(cheng)產生蒸汽溫(wen)度進一步降(jiang)(jiang)低到470℃以內，溫(wen)度降(jiang)(jiang)低導致做(zuo)功(gong)(gong)?損(sun)失(shi)率(lv)(lv)(lv)η5=8%。

系統綜合效率(lv)η可以按如(ru)下方式進(jin)行(xing)計算

經(jing)計算，系統綜合(he)效率高達77.8%，在大規模儲能領域具有(you)廣泛的應用前(qian)景。

4、結論

本研(yan)究建(jian)立了百兆瓦級(ji)熔鹽儲(chu)能技術(shu)在火(huo)電機組深(shen)度調峰的理(li)論(lun)模(mo)型，通(tong)過技術(shu)研(yan)究分析，論(lun)證了儲(chu)熱(re)工藝參數及(ji)綜合效率(lv)。主要(yao)結論(lun)如(ru)下(xia)。

（1）百(bai)兆瓦級熔鹽(yan)儲能技術用于火電(dian)機組深度(du)調(diao)峰(feng)可削弱原本剛性聯系的(de)“爐機耦合”，實現(xian)儲熱過程中汽機的(de)低負荷(he)深度(du)調(diao)峰(feng)和鍋(guo)爐的(de)正(zheng)常負荷(he)運行。

（2）儲熱(re)使火電機組具備大規(gui)模(mo)熱(re)電分離效果，可將機組在供電低負(fu)荷無法降低出力的部分能(neng)量(liang)儲存，并轉移至供電高(gao)負(fu)荷時釋放能(neng)量(liang)，做(zuo)到“削(xue)峰填谷”。

（3）儲熱(re)(re)(re)系統設計較(jiao)高(gao)的(de)主蒸汽壓(ya)(ya)力(pm2)，可在凝結放熱(re)(re)(re)段(duan)大量(liang)釋放出更高(gao)溫(wen)度的(de)熱(re)(re)(re)量(liang)，能(neng)有(you)(you)效提高(gao)熔鹽儲熱(re)(re)(re)過程熱(re)(re)(re)熔鹽溫(wen)度(Ts3)。進一步地(di)，熔鹽儲熱(re)(re)(re)過程熱(re)(re)(re)熔鹽溫(wen)度(Ts3)的(de)提高(gao)有(you)(you)助于減少熔鹽使用量(liang)。例(li)如，在主蒸汽壓(ya)(ya)力(pm2)分別為21.5 MPa和15.5 MPa時，前者(zhe)熔鹽流(liu)量(liang)(Qs0)僅為后者(zhe)的(de)1/2，前者(zhe)熱(re)(re)(re)熔鹽溫(wen)度(Ts3)比后者(zhe)高(gao)出90℃。

（4）儲(chu)熱(re)(re)系統設(she)計(ji)較高的(de)(de)過(guo)冷高壓水溫度(Tm4)時，熔(rong)鹽(yan)(yan)充(chong)熱(re)(re)熱(re)(re)量將被更(geng)高溫度的(de)(de)凝結換熱(re)(re)段(duan)和過(guo)熱(re)(re)換熱(re)(re)段(duan)占(zhan)據(ju)更(geng)高比例，可提高熔(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)熱(re)(re)過(guo)程熱(re)(re)熔(rong)鹽(yan)(yan)溫度(Ts3)和減少(shao)熔(rong)鹽(yan)(yan)流量(Qs0)。

（5）本方(fang)案熔鹽(yan)儲熱(re)過(guo)程中，熔鹽(yan)儲熱(re)過(guo)程冷熔鹽(yan)溫度(du)(Ts1)設計為280℃，夾點溫差(cha)5℃。經優化(hua)后的(de)主蒸汽(qi)壓力(li)(pm2)取21.5 MPa，過(guo)冷高壓水溫度(du)(Tm4)取360℃，再熱(re)蒸汽(qi)換熱(re)后的(de)溫度(du)(Tr2)取320℃。分(fen)析可得，儲熱(re)過(guo)程熱(re)熔鹽(yan)溫度(du)480.1℃，儲熱(re)容量(liang)1677.5 MW·h，熔鹽(yan)使(shi)用量(liang)23150 t。

（6）對百兆瓦級熔鹽儲能(neng)技術(shu)各模塊的(de)進行理(li)論計算，結(jie)果(guo)表明，系統綜合(he)效率(lv)高達77.8%，在大規模儲能(neng)領域(yu)具有廣泛的(de)應用前景。

第一作者：王輝（1970—），男，教授(shou)級高工，從事電力工程設計咨詢工作和熱能(neng)動力技術(shu)研究(jiu)，E-mail：wanghui csepdi.com；

通訊作(zuo)者：李(li)峻，教授級(ji)高工，從事(shi)電(dian)力工程設(she)計(ji)咨詢工作(zuo)和新能源(yuan)發電(dian)技術研(yan)究，E-mail：lijun csepdi.com。

注(zhu)：本文作者為王輝(hui)、李(li)峻、祝培旺(wang)、王堅、張春(chun)琳，工(gong)作單位：中國電(dian)力工(gong)程顧問集團中南電(dian)力設計院有(you)限公(gong)司。轉(zhuan)載此文是出于傳遞更多信息(xi)之目的(de)(de)，若有(you)來源(yuan)標注(zhu)錯誤或(huo)侵犯了您的(de)(de)合法權益，請作者與本網聯(lian)系。