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顧(gu)名思(si)義，“電-熱(re)-電”模(mo)(mo)式(shi)(shi)即將電能(neng)(neng)(neng)(neng)轉換為熱(re)能(neng)(neng)(neng)(neng)，然(ran)后再將熱(re)能(neng)(neng)(neng)(neng)轉換為電能(neng)(neng)(neng)(neng)的技(ji)術(shu)(shu)模(mo)(mo)式(shi)(shi)。這(zhe)一技(ji)術(shu)(shu)模(mo)(mo)式(shi)(shi)在作(zuo)(zuo)者十(shi)年前提出時(shi)曾作(zuo)(zuo)為笑談，因為根據熱(re)工(gong)原理(li)這(zhe)一技(ji)術(shu)(shu)模(mo)(mo)式(shi)(shi)能(neng)(neng)(neng)(neng)效顯(xian)然(ran)太低了，簡直可視為對(dui)能(neng)(neng)(neng)(neng)源的浪費。

毋庸(yong)諱(hui)言，在(zai)倡導節能(neng)(neng)減排(pai)、增(zeng)效降耗(hao)大環境中(zhong)，突然冒出(chu)(chu)這么個(ge)技術(shu)著(zhu)實(shi)讓人覺(jue)得可(ke)笑。其實(shi)，現在(zai)仍(reng)有很多(duo)科班出(chu)(chu)身的熱(re)工(gong)技術(shu)人員對此不肖(xiao)一(yi)顧。碳(tan)達(da)峰和碳(tan)中(zhong)和戰(zhan)略(lve)目標的提出(chu)(chu)，為中(zhong)國未來(lai)的綠色能(neng)(neng)源(yuan)發展指明了方向，特別是(shi)未來(lai)可(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)在(zai)我國能(neng)(neng)源(yuan)領(ling)域(yu)逐漸(jian)由配角轉變(bian)為主角，“電(dian)-熱(re)-電(dian)”技術(shu)模式的優點逐漸(jian)顯(xian)現。

毫無疑問，“電(dian)(dian)-熱-電(dian)(dian)”技(ji)術(shu)模(mo)式針對的(de)應用場(chang)景是(shi)不穩定(ding)不連續的(de)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)及(ji)電(dian)(dian)力，特別是(shi)風電(dian)(dian)、光伏電(dian)(dian)力很不穩定(ding)且(qie)品質低(di)，光熱發(fa)電(dian)(dian)投資成本(ben)高(gao)，而(er)太(tai)陽(yang)(yang)也不總(zong)是(shi)高(gao)高(gao)掛在天空(kong)，只有(you)發(fa)揮各自長處，趨利避害，才能(neng)(neng)從根本(ben)上克服(fu)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)熱發(fa)電(dian)(dian)和風電(dian)(dian)、光伏各自存在的(de)缺陷，最終實現可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)替代化石能(neng)(neng)源(yuan)的(de)終極目標。而(er)它們之間的(de)結合(he)點，就(jiu)是(shi)通過(guo)電(dian)(dian)加(jia)熱并儲熱來實現，“電(dian)(dian)-熱-電(dian)(dian)”技(ji)術(shu)模(mo)式的(de)新穎之處在于：

1、充(chong)分發(fa)揮太陽(yang)能(neng)熱發(fa)電(dian)的儲熱優勢(shi)，通過電(dian)加熱器將不穩定的風(feng)電(dian)、光伏電(dian)力為儲熱裝置補熱，克服太陽(yang)能(neng)熱發(fa)電(dian)與風(feng)電(dian)、光伏共有的不連續、不可控的缺(que)陷。

2、利用太陽(yang)能熱發電(dian)(dian)儲熱優勢將低(di)品質電(dian)(dian)力轉換(huan)為優質電(dian)(dian)力，同時延長(chang)發電(dian)(dian)時數至5000小時以上(shang)，提(ti)高可再(zai)生能源的經濟性和競爭性。

3、可提(ti)高(gao)太陽能熱發電(dian)技(ji)術的地域適應性(xing)，只要(yao)具備一定(ding)(ding)光(guang)照時數和具有(you)一定(ding)(ding)風(feng)電(dian)、光(guang)伏裝機規(gui)模的地區都可以采(cai)用這項技(ji)術。

“電(dian)(dian)-熱(re)-電(dian)(dian)”技(ji)術能(neng)(neng)效(xiao)(xiao)(xiao)靜態(tai)分(fen)析并不(bu)復雜，我(wo)國現有(you)電(dian)(dian)轉(zhuan)熱(re)技(ji)術主要(yao)依賴(lai)電(dian)(dian)阻式加熱(re)器或(huo)電(dian)(dian)熱(re)鍋爐實現，這里既(ji)有(you)采用直流電(dian)(dian)的，也(ye)有(you)采用交(jiao)流電(dian)(dian)的，其能(neng)(neng)效(xiao)(xiao)(xiao)多(duo)在(zai)95-98%。“熱(re)-電(dian)(dian)”轉(zhuan)換(huan)則主要(yao)采用蒸(zheng)汽朗(lang)肯循(xun)環或(huo)超臨界(jie)二氧(yang)化碳布雷頓循(xun)環發電(dian)(dian)機組，能(neng)(neng)效(xiao)(xiao)(xiao)一(yi)般(ban)在(zai)38-50%，總能(neng)(neng)效(xiao)(xiao)(xiao)也(ye)就30%上下。

由(you)此看(kan)來“電(dian)-熱-電(dian)”技(ji)術被詬病也不足(zu)為奇。但是如果(guo)放到(dao)以可再生能源為主的電(dian)力環境中，這(zhe)一(yi)技(ji)術就大有(you)作(zuo)為。

優勢在(zai)于“電-熱-電”可(ke)以使用不穩定的所謂垃圾電力(li)來制(zhi)熱；可(ke)借助光熱發電的儲(chu)(chu)熱設備實現多達(da)10小時(shi)(shi)以上(shang)的長時(shi)(shi)儲(chu)(chu)能；熱儲(chu)(chu)能設備技術(shu)成(cheng)熟度高，產業鏈簡(jian)單(dan)，總的制(zhi)造過程碳排放量低。特別是依托規(gui)模(mo)儲(chu)(chu)能，單(dan)位儲(chu)(chu)能成(cheng)本(ben)低，可(ke)與(yu)其(qi)他儲(chu)(chu)能技術(shu)進(jin)行有(you)效競爭(zheng)。

“電(dian)-熱(re)-電(dian)”技術與“電(dian)-氫(qing)-電(dian)”技術相(xiang)比，優勢明(ming)顯，例如電(dian)解水制(zhi)氫(qing)每立方需(xu)耗電(dian)4-5度，氫(qing)液化需(xu)要消耗運(yun)輸的氫(qing)的能量的30%，相(xiang)當于(yu)每運(yun)輸1kg氫(qing)氣消耗7-10 kWh能量。

由(you)于液(ye)態氫為(wei)冷(leng)氫，通常，液(ye)態氫運輸(shu)溫(wen)(wen)度(du)應(ying)該保(bao)持在(zai)-253°C左(zuo)右，與環(huan)境溫(wen)(wen)度(du)存較(jiao)大溫(wen)(wen)差，因此對(dui)所用(yong)耐壓和絕緣材料(liao)有(you)很高(gao)的要(yao)求，還(huan)需要(yao)制(zhi)冷(leng)系統維護，能(neng)(neng)耗也很可觀(guan)。如果將氫氣由(you)液(ye)態轉(zhuan)為(wei)氣態輸(shu)送用(yong)戶，以及(ji)使用(yong)燃料(liao)電(dian)(dian)(dian)池轉(zhuan)換為(wei)電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)，現有(you)技術(shu)(shu)能(neng)(neng)效多在(zai)40%左(zuo)右。另外，所有(you)電(dian)(dian)(dian)解水制(zhi)氫、氫液(ye)化、運輸(shu)設備(bei)和車輛，閥門管道、燃料(liao)電(dian)(dian)(dian)池等的設備(bei)制(zhi)造和產業鏈，其(qi)技術(shu)(shu)復(fu)雜程度(du)以及(ji)碳排放量遠高(gao)于“電(dian)(dian)(dian)-熱-電(dian)(dian)(dian)”技術(shu)(shu)模式(shi)。

“電(dian)(dian)(dian)-熱(re)-電(dian)(dian)(dian)”技(ji)(ji)術(shu)(shu)依(yi)托的(de)(de)(de)是熱(re)儲能技(ji)(ji)術(shu)(shu)，與抽(chou)水蓄(xu)(xu)能和空氣壓縮儲能技(ji)(ji)術(shu)(shu)相比，都屬于長時儲能，但熱(re)儲能的(de)(de)(de)設(she)備(bei)技(ji)(ji)術(shu)(shu)相對簡(jian)單成熟(shu)，關鍵是熱(re)儲能可(ke)吸(xi)納不穩(wen)定(ding)和波(bo)動(dong)性很強的(de)(de)(de)可(ke)再生(sheng)電(dian)(dian)(dian)力(li)，而(er)抽(chou)水蓄(xu)(xu)能和空氣壓縮技(ji)(ji)術(shu)(shu)則(ze)需要(yao)穩(wen)定(ding)的(de)(de)(de)低谷(gu)電(dian)(dian)(dian)支撐，但隨著燃煤電(dian)(dian)(dian)站(zhan)減少和調(diao)峰能力(li)下降，一旦可(ke)再生(sheng)能源(yuan)成為能源(yuan)主力(li)軍，低谷(gu)電(dian)(dian)(dian)成為歷史，抽(chou)水蓄(xu)(xu)能和空氣壓縮儲能設(she)備(bei)就會(hui)被閑置，巨額投資(zi)就會(hui)成為垃圾(ji)資(zi)產。

尤其在我(wo)國快速提高可再生能源發電比例的情況下，未雨綢(chou)繆(mou)很有(you)必要。

熱(re)(re)儲能(neng)與化(hua)學電池(chi)儲能(neng)相比，突出特點(dian)是儲能(neng)容(rong)量大，單(dan)位(wei)儲能(neng)成本(ben)低(di)，這些是化(hua)學電池(chi)儲能(neng)無法(fa)與之競爭的，但是相較靈(ling)活性熱(re)(re)儲能(neng)顯然(ran)不如化(hua)學電池(chi)儲能(neng)。

光(guang)熱(re)發電(dian)技術(shu)本身(shen)是(shi)(shi)發展中(zhong)的(de)(de)技術(shu)，特別是(shi)(shi)通(tong)過電(dian)制熱(re)為(wei)儲(chu)熱(re)裝置提(ti)供熱(re)源，目前尚未成(cheng)熟一致(zhi)的(de)(de)技術(shu)方案。例(li)如(ru)作者最早提(ti)出光(guang)熱(re)發電(dian)與風電(dian)互補(bu)，其(qi)中(zhong)最主(zhu)要(yao)的(de)(de)是(shi)(shi)擺脫太(tai)陽能倍數理(li)論束縛，在設計(ji)中(zhong)要(yao)求光(guang)熱(re)發電(dian)站最多按1.5倍鏡場設計(ji)，而原計(ji)劃(hua)用于儲(chu)能的(de)(de)鏡場投資轉為(wei)投資風電(dian)場建(jian)設。如(ru)圖(tu)1所(suo)示。

圖1儲能(neng)時長與鏡場規模中的(de)太陽能(neng)倍數關系

此方式一可平(ping)抑和降低(di)投資(zi)總費用，二可通(tong)過(guo)電(dian)制熱(re)裝置借助風電(dian)為儲能裝置補熱(re)。在設計中尤其需(xu)兼顧風電(dian)波動性的電(dian)力沖擊，最好通(tong)過(guo)氣象數據和風電(dian)穩(wen)定(ding)程度(du)來決定(ding)補熱(re)方式。

作者因此建議圍繞儲能設備采(cai)用串并(bing)聯電(dian)(dian)加(jia)熱(re)鍋爐和將電(dian)(dian)加(jia)熱(re)器直(zhi)接布(bu)置在(zai)儲能設備中的(de)(de)技(ji)術方案，該方案可較好的(de)(de)應對忽(hu)高(gao)忽(hu)低的(de)(de)風(feng)電(dian)(dian)沖擊。如果能夠接納電(dian)(dian)網過(guo)載電(dian)(dian)力則建議使用串并(bing)聯電(dian)(dian)加(jia)熱(re)鍋爐模式，以提高(gao)電(dian)(dian)熱(re)轉換效率。如圖2所示：

圖2光(guang)(guang)熱(re)發電與風(feng)電、光(guang)(guang)伏互補儲(chu)能

實際上(shang)(shang)“電(dian)-熱(re)(re)(re)-電(dian)”技(ji)(ji)術已經被國(guo)(guo)外(wai)很(hen)多(duo)科(ke)研技(ji)(ji)術人員采納，例如歐(ou)(ou)盟(meng)2020年10月新推(tui)出的(de)(de)(de)SOLARSCO2OL計劃，決定采用光(guang)伏(fu)電(dian)站與光(guang)熱(re)(re)(re)發電(dian)互(hu)補，通過電(dian)加(jia)熱(re)(re)(re)為儲熱(re)(re)(re)罐熔(rong)鹽補熱(re)(re)(re)，動力系統計劃采用超臨界(jie)二氧化(hua)碳發電(dian)技(ji)(ji)術，效(xiao)率提高(gao)至50%以(yi)上(shang)(shang)，該計劃動靜(jing)不小，歐(ou)(ou)盟(meng)資(zi)助該項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)約1000萬(wan)歐(ou)(ou)元，由來自6個(ge)歐(ou)(ou)盟(meng)國(guo)(guo)家（意(yi)大利，西(xi)班牙(ya)，德國(guo)(guo)，希(xi)臘，比利時(shi)，瑞典）和(he)1個(ge)歐(ou)(ou)盟(meng)外(wai)國(guo)(guo)家（摩洛哥(ge)）的(de)(de)(de)15個(ge)國(guo)(guo)際企業組成項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)聯盟(meng)來實施，致力于開發一種具有創新性(xing)，經濟上(shang)(shang)可行且易于復制的(de)(de)(de)超臨界(jie)CO2電(dian)站，再加(jia)上(shang)(shang)快速反應的(de)(de)(de)電(dian)加(jia)熱(re)(re)(re)器和(he)高(gao)效(xiao)熱(re)(re)(re)交換器，帶來全新的(de)(de)(de)電(dian)站布局設計和(he)運行理念。如圖3所示(shi)：

圖3歐盟(meng)SOLARSCO2OL計(ji)劃(hua)示范

近年來西班(ban)牙比較有(you)名氣的(de)(de)(de)企業(ye)也(ye)準備采用(yong)該技(ji)術投標該國新(xin)的(de)(de)(de)光熱(re)發(fa)(fa)電(dian)項目。經(jing)查(cha)美(mei)國專(zhuan)利中(zhong)包括日本(ben)東芝(zhi)和(he)美(mei)國企業(ye)也(ye)有(you)類似利用(yong)風(feng)電(dian)進(jin)行“電(dian)-熱(re)-電(dian)”互補的(de)(de)(de)太(tai)陽能熱(re)發(fa)(fa)電(dian)專(zhuan)利，而且(qie)已經(jing)獲得授(shou)權(quan)，但與我(wo)們(men)的(de)(de)(de)技(ji)術差(cha)別還(huan)很大，特別是在審查(cha)中(zhong)還(huan)曾引用(yong)我(wo)們(men)的(de)(de)(de)專(zhuan)利做對照。2013年后我(wo)國很多院校和(he)科研單位也(ye)都發(fa)(fa)表(biao)過相關論文，均證明了該技(ji)術的(de)(de)(de)可行性。

近來國內(nei)很多央企相繼(ji)準備(bei)建(jian)立包括風電(dian)(dian)(dian)、光伏(fu)和光熱(re)發電(dian)(dian)(dian)在(zai)內(nei)的源網荷儲一體化項(xiang)目(mu)，同(tong)時(shi)國家能源局也鼓勵(li)重(zhong)大創新示范，要求各省級能源主管部門在(zai)確保安全(quan)前提下，以需求為導向，優先考慮含光熱(re)發電(dian)(dian)(dian)、氫能制輸儲用，梯級電(dian)(dian)(dian)站(zhan)儲能、抽(chou)氣(qi)蓄能、電(dian)(dian)(dian)化學儲能、壓縮空氣(qi)儲能、飛(fei)輪儲能等新型儲能示范的“一體化”項(xiang)目(mu)。因此(ci)“電(dian)(dian)(dian)-熱(re)-電(dian)(dian)(dian)”技術的儲能優勢必將(jiang)凸顯，在(zai)未來的可再(zai)生能源電(dian)(dian)(dian)站(zhan)中或(huo)將(jiang)成為技術主流。

注：本文作者系太陽能熱發電技術資深學者張建城。