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CSPPLAZA光熱發電網訊：為保(bao)證新型電力系統實(shi)現穩健運行，我國(guo)提出了“兩個(ge)一體化(hua)”（在風(feng)光(guang)水火儲一體化(hua)、源網荷儲一體化(hua)）并積(ji)極建設布局綜合能源大基地項目(mu)。在此背景下，熔鹽(yan)儲熱技術低成本、應用場景靈(ling)活多變(bian)、工作溫度(du)高等優勢(shi)備受關注，盡管目(mu)前(qian)(qian)裝機較小，但(dan)其(qi)發展(zhan)速(su)度(du)快，應用前(qian)(qian)景不可估量。

在2023年3月2日舉辦的中國第四屆儲熱大會上，中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司總工程師助理徐斌就《綜合能源基地熔鹽儲熱技術應用》作了主題報告，詳細介紹了熔鹽儲熱技術在火電機組的深調+頂峰、退役火電機組改造為儲能調峰電站、退役火電機組改造為可供熱的儲能調峰電站三種應用場景下的技術思路。

圖：中國電力(li)工程(cheng)顧問集團西(xi)北電力(li)設計院有限公司總工程(cheng)師助理 徐斌

國內傳統新能源消納當前面臨的困難

徐斌表(biao)示(shi)，結合(he)2021年2月25日國家發(fa)(fa)改(gai)委、國家能源局研究發(fa)(fa)布的《關于推進電力(li)源網荷儲一(yi)體(ti)(ti)化(hua)和(he)多能互補發(fa)(fa)展的指(zhi)導意見》相(xiang)關要求，一(yi)體(ti)(ti)化(hua)基地在頂(ding)層設計上(shang)主要需要考慮以下原則(ze)：一(yi)是(shi)優先新能源開發(fa)(fa)；二是(shi)加強一(yi)體(ti)(ti)化(hua)項目調節能力(li)；三是(shi)要確(que)保一(yi)體(ti)(ti)化(hua)項目及(ji)通道經(jing)濟性好；四(si)是(shi)保證(zheng)安全可靠(kao)性高。

關于綜合能源(yuan)(yuan)基地存(cun)在的問(wen)題，徐斌(bin)指(zhi)出主要有(you)以下(xia)幾點：一是送端配套新能源(yuan)(yuan)電(dian)量占(zhan)比偏低(di)；二是部分(fen)點對網外送通道利(li)(li)用程度較低(di)（50%-65%）；三(san)是水(shui)電(dian)豐枯期(qi)處理差(cha)異明顯，外送通道枯期(qi)利(li)(li)用率低(di)；四(si)是送端電(dian)源(yuan)(yuan)互補協調難度大，隸屬不同，缺(que)乏統籌(chou)；五是發展模式不統一，各方利(li)(li)益主體分(fen)歧大。

針對上述問題，徐斌(bin)表示當前亟需經濟的(de)儲(chu)(chu)(chu)(chu)能技(ji)術，可利用存(cun)量(liang)常規(gui)電源(yuan)(yuan)，合理(li)配置儲(chu)(chu)(chu)(chu)能，統籌各(ge)類電源(yuan)(yuan)規(gui)劃、設(she)計、建設(she)、運營，優(you)先發展(zhan)新能源(yuan)(yuan)，積極實施(shi)存(cun)量(liang)“風(feng)光(guang)水火儲(chu)(chu)(chu)(chu)一體(ti)(ti)化(hua)”提升，穩妥推進增(zeng)(zeng)量(liang)“風(feng)光(guang)水(儲(chu)(chu)(chu)(chu))一體(ti)(ti)化(hua)”，探索增(zeng)(zeng)量(liang)“風(feng)光(guang)儲(chu)(chu)(chu)(chu)一體(ti)(ti)化(hua)”，嚴控增(zeng)(zeng)量(liang)“風(feng)光(guang)火(儲(chu)(chu)(chu)(chu))一體(ti)(ti)化(hua)”。

對(dui)(dui)于存量新能(neng)源項目，結合(he)新能(neng)源特性(xing)、受端系統消納空間，研究論證增加儲(chu)能(neng)設施的必要性(xing)和可行性(xing)。對(dui)(dui)于增量風光儲(chu)一體化(hua)(hua)，優化(hua)(hua)配套儲(chu)能(neng)規(gui)模，充分發揮配套儲(chu)能(neng)調峰、調頻作用，最小化(hua)(hua)風光儲(chu)綜(zong)(zong)合(he)發電成本，提升綜(zong)(zong)合(he)競爭力。

儲熱在目前儲能裝機中占比較小，但發展較快！

據徐斌介紹，大型的主(zhu)要儲能形式有抽蓄、電化學和(he)熱儲，根據2020年的相關數據，目(mu)前90%是(shi)抽水蓄能，7%左右是(shi)電化學，剩下的儲熱和(he)壓縮空氣占(zhan)2%-3%。

其(qi)中(zhong)，抽(chou)水(shui)蓄能(neng)(neng)技(ji)術相(xiang)對成熟、使(shi)用壽命長、功率(lv)容(rong)量(liang)大(da)，但其(qi)對于選(xuan)址(zhi)的(de)要(yao)求(qiu)也相(xiang)對較高，造價大(da)概是7500元/千(qian)瓦，算是中(zhong)規(gui)中(zhong)矩，同時其(qi)電電轉(zhuan)(zhuan)換效率(lv)比較高，所有的(de)能(neng)(neng)量(liang)轉(zhuan)(zhuan)換其(qi)實(shi)就是機械能(neng)(neng)——勢能(neng)(neng)——電能(neng)(neng)，效率(lv)大(da)體(ti)是在75%左(zuo)右。

電化學儲能(neng)具有能(neng)量密度(du)高(gao)(gao)、循(xun)環(huan)壽(shou)命長(chang)、體積小、質(zhi)量輕的(de)優(you)勢(shi)，但(dan)成(cheng)本較高(gao)(gao)、容量會緩慢衰退、不耐受過(guo)充(chong)過(guo)放。“電化學儲能(neng)電電轉換效率比較高(gao)(gao)，可(ke)以(yi)達到90%以(yi)上(shang)，但(dan)它的(de)主要的(de)問題是成(cheng)本比較高(gao)(gao)，千(qian)瓦時造(zao)價1500元到1800元左右，造(zao)價比較高(gao)(gao)。”徐斌指(zhi)出(chu)。

壓(ya)縮(suo)空氣儲(chu)能近些年(nian)也比較熱，它是(shi)(shi)把富(fu)余的電(dian)(dian)能將空氣進(jin)行壓(ya)縮(suo)，分成兩個(ge)(ge)能量，一個(ge)(ge)是(shi)(shi)壓(ya)力能（勢能），另一個(ge)(ge)是(shi)(shi)在壓(ya)縮(suo)過程當中會產生(sheng)熱能，我們把熱存儲(chu)起(qi)來(lai)，這(zhe)樣(yang)高(gao)品質的電(dian)(dian)能就(jiu)被變化成低(di)品質的壓(ya)力能了，所(suo)以壓(ya)縮(suo)空氣儲(chu)能的效率沒(mei)有(you)抽蓄這(zhe)么(me)高(gao)。目前壓(ya)縮(suo)空氣的建設成本約在7千(qian)多塊錢每(mei)千(qian)瓦，效率在60%-70%的水平，總體和抽蓄相(xiang)當。

而熱儲能(neng)(neng)是(shi)把高品質(zhi)的電(dian)能(neng)(neng)轉換為低(di)品質(zhi)的熱能(neng)(neng)，如(ru)果需(xu)要(yao)再(zai)把熱能(neng)(neng)轉換為電(dian)能(neng)(neng)效(xiao)率就會比較低(di)一(yi)(yi)些(xie)（火電(dian)效(xiao)率在(zai)40%左右）。儲熱的特點就是(shi)相比其它幾(ji)種(zhong)儲能(neng)(neng)技術成(cheng)本(ben)比較低(di)，儲能(neng)(neng)形式多(duo)樣，可靈活滿足(zu)不同(tong)場景要(yao)求，規模效(xiao)應(ying)明顯，但是(shi)一(yi)(yi)般系統相對(dui)復雜。

參考(kao)上圖，徐斌表示，“這(zhe)(zhe)是(shi)(shi)我們(men)做(zuo)汽側儲能基本的(de)(de)(de)思路(lu)，其中冷庫中使用(yong)的(de)(de)(de)熔(rong)鹽是(shi)(shi)二元鹽（圖中藍色儲罐(guan)，運(yun)行(xing)溫(wen)度290℃），我們(men)把不用(yong)的(de)(de)(de)廢電(dian)或者是(shi)(shi)需要抽的(de)(de)(de)抽濕氣通過換(huan)熱(re)(re)(re)器(qi)把熱(re)(re)(re)量(liang)傳(chuan)遞(di)給熱(re)(re)(re)庫（圖中紅(hong)色儲罐(guan)，工作(zuo)溫(wen)度為565℃），也是(shi)(shi)常規光熱(re)(re)(re)系統(tong)的(de)(de)(de)運(yun)行(xing)溫(wen)度。需要放熱(re)(re)(re)的(de)(de)(de)時(shi)候(hou)，熱(re)(re)(re)庫通過換(huan)熱(re)(re)(re)器(qi)把熱(re)(re)(re)量(liang)傳(chuan)遞(di)給汽水系統(tong)變(bian)成過熱(re)(re)(re)蒸汽，通過汽輪機做(zuo)功帶(dai)動發電(dian)機發電(dian)，這(zhe)(zhe)是(shi)(shi)整(zheng)套熱(re)(re)(re)力學(xue)循環。”

熔鹽儲能技術耦合火電機組的三種應用思路

1、火電機組深調+頂峰

徐(xu)斌介(jie)紹：“在(zai)(zai)火力發電的(de)汽水循(xun)環中(zhong)(zhong)，汽輪(lun)(lun)機做完功的(de)乏(fa)汽通(tong)過冷(leng)(leng)凝(ning)器(qi)，從汽體變(bian)成(cheng)液(ye)(ye)體，冷(leng)(leng)卻(que)到液(ye)(ye)體，用給水泵把(ba)壓(ya)力加起來之后在(zai)(zai)鍋爐中(zhong)(zhong)吸(xi)熱(re)變(bian)成(cheng)過熱(re)蒸汽，在(zai)(zai)汽輪(lun)(lun)機高壓(ya)缸(gang)做功，做完功再(zai)回到鍋爐吸(xi)熱(re)，再(zai)到低(di)壓(ya)缸(gang)或者是(shi)中(zhong)(zhong)壓(ya)缸(gang)做功，這就是(shi)標準的(de)火電機組(zu)的(de)汽水循(xun)環。”

“我(wo)們知道(dao)現在火電機組(zu)深(shen)調最(zui)困難(nan)是鍋(guo)爐，汽輪機往(wang)下(xia)調，調到20%問題(ti)不大，但鍋(guo)爐有(you)(you)最(zui)低(di)穩燃負荷(he)要求（30%左(zuo)右），低(di)于(yu)這個負荷(he)就會(hui)有(you)(you)很多問題(ti)，首先是干濕(shi)態轉換的(de)(de)問題(ti)，再下(xia)來流量太小鍋(guo)爐的(de)(de)水冷壁進(jin)去的(de)(de)水分布(bu)就不均勻，有(you)(you)可能會(hui)造成個別地方局部的(de)(de)超溫(wen)，對鍋(guo)爐安全性有(you)(you)影響。

所以我(wo)們當(dang)時(shi)想的(de)是汽輪機要(yao)調(diao)(diao)20%沒有什么問(wen)題，從(cong)鍋爐的(de)穩(wen)燃負荷35%-20%之間，這15%的(de)熱(re)(re)量我(wo)們抽出來(lai)(lai)用(yong)熔鹽(yan)(yan)加熱(re)(re)起來(lai)(lai)，將(jiang)冷庫中熔鹽(yan)(yan)用(yong)熔鹽(yan)(yan)泵打起來(lai)(lai)，經過循環存到熱(re)(re)庫把(ba)它存起來(lai)(lai)，這就(jiu)是我(wo)們完成了一(yi)個功能深(shen)調(diao)(diao)。”徐斌說。“再來(lai)(lai)說下(xia)頂峰，當(dang)大基地所有的(de)火電機組都開起來(lai)(lai)，晚高(gao)峰沒有光伏(fu)風電了，所有的(de)機組都開起來(lai)(lai)還是不(bu)能滿足要(yao)求(qiu)的(de)時(shi)候，這時(shi)候就(jiu)有了頂峰的(de)要(yao)求(qiu)，就(jiu)會(hui)再上一(yi)臺小機，用(yong)于頂上晚上兩(liang)三個小時(shi)晚高(gao)峰的(de)用(yong)電需要(yao)。”

就(jiu)該技術思(si)路的(de)效率來看，徐斌介(jie)紹道：“通(tong)過(guo)模擬計(ji)算(suan)，電電效率現在算(suan)出來是(shi)50%-60%，這(zhe)個效率還(huan)是(shi)可以的(de)；因為我(wo)們沒有能源從高品(pin)質到低(di)品(pin)質轉化的(de)過(guo)程(cheng)，直接把火(huo)電的(de)蒸汽以熱(re)能形(xing)式(shi)進(jin)行存儲，然后被存儲熱(re)能最(zui)后還(huan)回到氣體循環去做功(gong)，所以沒有能源品(pin)質轉換的(de)過(guo)程(cheng)，所以效率還(huan)是(shi)可以的(de)。”

投(tou)資方(fang)面(mian)，徐斌(bin)以2x660MW機組為(wei)例進行了(le)介(jie)紹，在提供4h200MW出力的條件下，系統(tong)總費(fei)用(yong)為(wei)約(yue)(yue)7億元(yuan)(yuan)(yuan)，以單位kW計算(suan)，全廠總單位造價(jia)為(wei)約(yue)(yue)3500元(yuan)(yuan)(yuan)/kW。單就(jiu)儲(chu)(chu)熱系統(tong)來(lai)說，配(pei)置了(le)約(yue)(yue)2300MWh的熔(rong)鹽儲(chu)(chu)能(neng)系統(tong)，主要包括熔(rong)鹽和熔(rong)鹽儲(chu)(chu)罐，這部分費(fei)用(yong)約(yue)(yue)2.7億元(yuan)(yuan)(yuan)，以單位kWh計算(suan)，儲(chu)(chu)能(neng)部分的單位造價(jia)為(wei)120元(yuan)(yuan)(yuan)/kWh，約(yue)(yue)占總投(tou)資的38%。

徐斌對此(ci)解釋道：“單位千(qian)瓦造(zao)價(jia)(jia)3500塊(kuai)錢，這(zhe)是加了增容(rong)小(xiao)(xiao)機(ji)和冷(leng)卻系統和小(xiao)(xiao)機(ji)系統情況下，如果不考慮小(xiao)(xiao)機(ji)的情況下光有(you)(you)熔(rong)鹽(yan)(yan)系統，造(zao)價(jia)(jia)200塊(kuai)錢左右/kWh，現在整個熔(rong)鹽(yan)(yan)系統造(zao)價(jia)(jia)提高了，在300-400塊(kuai)錢/kWh。對比來看，熔(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)熱系統效率(lv)雖然不如電化學，但是電化學造(zao)價(jia)(jia)約1000元/kWh，造(zao)價(jia)(jia)方面(mian)具有(you)(you)很大(da)優勢的熔(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)熱技(ji)術也有(you)(you)自身應用的優勢和場(chang)景。”

2、退役火電機組改造為儲能調峰電站

退(tui)役火電機(ji)組(zu)改造為儲能調峰電站(zhan)（如下圖所示，黃色(se)區域是鍋爐(lu)，粉(fen)色(se)區域是汽(qi)機(ji)），針(zhen)對(dui)需(xu)要退(tui)役的機(ji)組(zu)我們可(ke)以還利用原有的熱網(wang)，只(zhi)是將鍋爐(lu)部分刪掉，新建熔鹽電加(jia)熱系統，利用低谷電/棄電為熱源，在需(xu)要的時候把熱存起來進(jin)入熱罐，需(xu)要調峰的時候熱量通(tong)過換熱器(qi)變(bian)成蒸汽(qi)，然(ran)后(hou)推(tui)動汽(qi)輪機(ji)做功(gong)。

徐斌(bin)指出(chu)，現(xian)(xian)在(zai)(zai)一些在(zai)(zai)建的光熱(re)(re)電(dian)(dian)站也計(ji)劃配置電(dian)(dian)加熱(re)(re)器，因為(wei)(wei)光熱(re)(re)電(dian)(dian)廠的電(dian)(dian)價補貼沒有了(le)，在(zai)(zai)綜合能(neng)源基地中像新疆(jiang)以(yi)1：9配新能(neng)源——1份光熱(re)(re)配9份新能(neng)源；大(da)家(jia)為(wei)(wei)了(le)新能(neng)源指標還要配光熱(re)(re)，但考慮到(dao)盈利性(xing)大(da)家(jia)都盡量把(ba)成本最高的鏡(jing)場的成本往小去壓，但是(shi)儲能(neng)的時(shi)長又是(shi)國(guo)家(jia)規定好的，所(suo)以(yi)鏡(jing)場和儲能(neng)就不匹配了(le)。現(xian)(xian)在(zai)(zai)通過加一些熔鹽電(dian)(dian)加熱(re)(re)系統(tong)，如果整個綜合能(neng)源基地現(xian)(xian)在(zai)(zai)出(chu)現(xian)(xian)棄電(dian)(dian)，就可以(yi)把(ba)棄電(dian)(dian)變(bian)成熱(re)(re)再回去。

以2*300MW系統為例進行了介紹(shao)（如上(shang)圖），左側是1號機，右側是2號機，儲熱量是6000MWh，改造目標是調峰4h；占地方面是利用(yong)原(yuan)有(you)鍋爐及其(qi)輔機區(qu)(qu)域能夠滿足熔鹽罐和(he)換熱器(qi)用(yong)地需要，同時利用(yong)原(yuan)有(you)煤倉間區(qu)(qu)域布置電加熱器(qi)。

徐斌表示：“效(xiao)率(lv)(lv)方面，高(gao)(gao)品(pin)質的(de)電(dian)能變成低(di)品(pin)質的(de)熱(re)(re)效(xiao)率(lv)(lv)很高(gao)(gao)，幾(ji)乎沒有(you)什(shen)么損(sun)(sun)失(shi)，97%都(dou)是電(dian)損(sun)(sun)失(shi)；而從低(di)品(pin)質的(de)熱(re)(re)回到(dao)高(gao)(gao)品(pin)質的(de)電(dian)損(sun)(sun)失(shi)很大，我們(men)超高(gao)(gao)機組熱(re)(re)電(dian)效(xiao)率(lv)(lv)可以達(da)到(dao)45-46%，亞臨界機組要(yao)低(di)一(yi)些，能量利用率(lv)(lv)大概在40%左右(you)，整(zheng)體方案(an)造(zao)價920元/kW。”

3、退役火電機組改造為可供熱的儲能調峰電站

第三(san)個(ge)應用(yong)場景是將退役火電(dian)機組改造(zao)(zao)成可供(gong)熱(re)的儲能調峰電(dian)站(zhan)(zhan)，即(ji)利用(yong)退役/關停(ting)機組改造(zao)(zao)為(wei)可供(gong)熱(re)的儲能電(dian)站(zhan)(zhan)，提高整(zheng)體(ti)循環效率。

徐斌(bin)表示：“如(ru)上邊的(de)介(jie)紹，在綜(zong)合能(neng)(neng)源基(ji)地(di)里面將棄(qi)電結合電加熱(re)然后再根據需要(yao)調(diao)峰(feng)(feng)的(de)效(xiao)率太低了，只有40%左右，怎么樣才(cai)能(neng)(neng)盈利(li)？我們給業主(zhu)算過(guo)，利(li)用熔鹽電加熱(re)器(qi)必(bi)須2.5度電進來才(cai)能(neng)(neng)出1度電進去，波(bo)峰(feng)(feng)波(bo)谷之間(jian)的(de)價差要(yao)達(da)到(dao)(dao)2倍以(yi)上才(cai)有可(ke)能(neng)(neng)盈利(li)，而(er)且這還(huan)沒有算投入；如(ru)果回收的(de)棄(qi)電必(bi)須重新變到(dao)(dao)電去，必(bi)須波(bo)峰(feng)(feng)波(bo)谷的(de)價差要(yao)達(da)到(dao)(dao)一定(ding)的(de)程度才(cai)可(ke)以(yi)盈利(li)。”

徐斌(bin)指出(chu)：“如果綜合能源(yuan)基地還有供熱的需求就(jiu)(jiu)不一樣(yang)(yang)了，這(zhe)種(zhong)(zhong)情況下(xia)能源(yuan)利(li)用(yong)效率可(ke)以(yi)達(da)到很高(gao)(gao)。我們可(ke)以(yi)看到還是(shi)這(zhe)個系統，我們用(yong)背壓(ya)機(ji)替代純凝機(ji)組（循環(huan)水(shui)的水(shui)溫相應(ying)(ying)會提高(gao)(gao)），把循環(huan)水(shui)儲存起來(lai)后然后再利(li)用(yong)循環(huan)水(shui)去供熱，這(zhe)樣(yang)(yang)冷端的損失就(jiu)(jiu)沒(mei)有了。我們可(ke)以(yi)看到這(zhe)種(zhong)(zhong)情況下(xia)能源(yuan)利(li)用(yong)效率達(da)到85%以(yi)上(shang)，相比第二種(zhong)(zhong)應(ying)(ying)用(yong)場景投(tou)資每千(qian)瓦也就(jiu)(jiu)多了60塊錢(qian)，只是(shi)多了熔鹽罐和汽輪機(ji)高(gao)(gao)背壓(ya)改造的成本(ben)。”