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作為中(zhong)國(guo)華能(neng)集團(tuan)有(you)限(xian)(xian)公司的直屬科研(yan)單(dan)位，西安熱工研(yan)究院有(you)限(xian)(xian)公司（以(yi)下簡稱“西安熱工院”）“十四五(wu)”以(yi)來持續推進科技(ji)攻關，一批示范(fan)項(xiang)目(mu)陸續落地(di)。其中(zhong)，燃(ran)煤摻氨(an)燃(ran)燒可(ke)助力火電(dian)機組降(jiang)低排(pai)放(fang)，同時有(you)望促進綠電(dian)消納和提升綠氨(an)需求；超(chao)級電(dian)容(rong)彌補(bu)火電(dian)機組調(diao)頻能(neng)力不足，提升電(dian)網穩定性并提高電(dian)廠收益(yi)；熔鹽儲(chu)能(neng)、熱化(hua)學儲(chu)能(neng)、光熱儲(chu)能(neng)等一系(xi)列熱能(neng)儲(chu)能(neng)技(ji)術“變電(dian)為熱”，豐(feng)富了儲(chu)能(neng)設備(bei)應用(yong)場(chang)景(jing)。

▲華能西安熱工院(yuan)4MW燃燒試(shi)驗(yan)臺(tai)

摻氨燃燒助力火電降碳

“氨原(yuan)本(ben)是作為火(huo)電(dian)廠脫硝還原(yuan)劑，但其本(ben)身也(ye)是一種零碳(tan)燃(ran)(ran)(ran)料(liao)，替代(dai)煤炭燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)能夠顯著降低火(huo)電(dian)機(ji)組碳(tan)排(pai)放(fang)強(qiang)度(du)。”西(xi)安熱工院鍋爐設(she)備及(ji)環保事業部新技術所所長(chang)王志超表(biao)示(shi)，燃(ran)(ran)(ran)煤摻(chan)氨燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)雖(sui)有減(jian)碳(tan)優勢(shi)，但仍有不(bu)少問題(ti)待解。首先(xian)，氨氣(qi)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)與煤粉固相燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)特性(xing)差(cha)異(yi)大，穩燃(ran)(ran)(ran)研究仍需持續強(qiang)化(hua)，燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)(shao)效(xiao)率有待提高；其次，氨燃(ran)(ran)(ran)料(liao)氮含量較高，如(ru)何有效(xiao)控(kong)制(zhi)氮氧化(hua)物生成是關鍵；再次，大規模使(shi)用氨帶來的安全(quan)風(feng)險(xian)不(bu)容(rong)小覷。

在(zai)西安熱工院，約(yue)四層(ceng)樓(lou)高的(de)4兆瓦(wa)燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)試(shi)驗臺(tai)管線縱橫交錯，控制中(zhong)心(xin)屏幕匯總傳感器(qi)(qi)和(he)監控系統的(de)信息數據。王志超表(biao)示：“通過這(zhe)座國內(nei)先進的(de)中(zhong)試(shi)試(shi)驗平(ping)臺(tai)，我們驗證了對現有燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)器(qi)(qi)的(de)改(gai)造效(xiao)果(guo)，可以實現從純煤到純氨的(de)切(qie)換。穩燃(ran)方(fang)面，我們在(zai)各個比例(li)下都(dou)做到了燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)自維持，同時具備一定(ding)調節能力。摻(chan)氨比例(li)40%以內(nei)，氮(dan)氧化物生成濃度可以做到與純煤燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)持平(ping)，燃(ran)燒(shao)(shao)(shao)(shao)效(xiao)率也基本相當。”

“目前，華能(neng)集團正積極推進燃(ran)煤機組摻氨(an)減(jian)碳的(de)工程示范。在規劃的(de)幾個(ge)大能(neng)源基地(di)(di)建設中(zhong)考慮引入氫/氨(an)實現長時(shi)儲能(neng)，通過(guo)火電(dian)廠協(xie)同消納一定比例新(xin)能(neng)源富余電(dian)力(li)(li)。”王志(zhi)超表示，新(xin)能(neng)源電(dian)價低廉地(di)(di)區的(de)綠(lv)氨(an)制(zhi)備和利用未來將具有(you)優勢，同時(shi)，隨著碳價升(sheng)高以及煤電(dian)機組減(jian)碳壓力(li)(li)的(de)增加，未來燃(ran)煤機組摻氨(an)減(jian)碳的(de)經濟優勢有(you)望(wang)進一步(bu)凸顯。

▲華能(neng)左權煤電有限責任公司超(chao)級電容混合儲能(neng)調頻系統

超級電容提升調頻收益

在減排同(tong)時，火(huo)(huo)電(dian)(dian)機組(zu)的調(diao)(diao)頻任務也越(yue)來(lai)越(yue)重。西安(an)熱工研究院電(dian)(dian)氣技(ji)術部主任兀鵬(peng)越(yue)表示，近年來(lai)，各方均鼓勵(li)發電(dian)(dian)側(ce)參(can)(can)與(yu)調(diao)(diao)頻輔助(zhu)服(fu)務市場，但火(huo)(huo)電(dian)(dian)機組(zu)響應延時長、功率爬坡(po)速度慢、穩態(tai)精度低(di)，調(diao)(diao)頻性能差，機組(zu)直(zhi)接參(can)(can)與(yu)調(diao)(diao)頻任務還會(hui)造成發電(dian)(dian)成本增加、設備磨損等(deng)問題。

利(li)用(yong)儲能可(ke)讓火(huo)電機組(zu)調頻(pin)實(shi)現(xian)快速折返、精確輸出(chu)和瞬間(jian)調節，但鋰電池用(yong)作火(huo)儲調頻(pin)卻存在“痛(tong)點”，調頻(pin)的密集(ji)指令會對(dui)電池電芯(xin)造成巨(ju)大損耗(hao)，整個項目壽命(ming)周(zhou)期內需要多(duo)次(ci)更換電芯(xin)，而短(duan)時(shi)間(jian)內頻(pin)繁(fan)充放電也(ye)可(ke)能導致儲能設備出(chu)現(xian)問題(ti)的風險增大。

“超(chao)(chao)級電(dian)容儲能(neng)作為(wei)長壽(shou)命(ming)、高安(an)全(quan)性的短(duan)時高頻(pin)儲能(neng)技術，具備(bei)功率密度高、循環壽(shou)命(ming)長、循環效率高等一(yi)系(xi)(xi)列優勢，適(shi)用于電(dian)力系(xi)(xi)統調(diao)頻(pin)。”兀鵬越(yue)表示，近年來，西安(an)熱工院積極開展超(chao)(chao)級電(dian)容儲能(neng)調(diao)頻(pin)技術研(yan)究與(yu)應(ying)用，攻克了(le)大容量超(chao)(chao)級電(dian)容儲能(neng)系(xi)(xi)統選型、集(ji)成與(yu)工程應(ying)用的難(nan)題，將(jiang)長壽(shou)命(ming)、高安(an)全(quan)性的超(chao)(chao)級電(dian)容儲能(neng)技術首次(ci)成功應(ying)用在火電(dian)調(diao)頻(pin)領域，為(wei)電(dian)力系(xi)(xi)統調(diao)頻(pin)開辟出(chu)新的技術路(lu)徑，填(tian)補了(le)我國超(chao)(chao)級電(dian)容儲能(neng)領域的技術空白。

2023年4月，西安熱(re)工院在華(hua)能(neng)(neng)(neng)羅源電(dian)廠(chang)建成世(shi)界容量最大(da)(da)的(de)超(chao)級(ji)電(dian)容調頻(pin)項目(mu)，首次將(jiang)長壽(shou)命(ming)、高(gao)安全性的(de)超(chao)級(ji)電(dian)容儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)技術應(ying)用在火電(dian)調頻(pin)領域(yu)，有效解決了以(yi)往火儲(chu)(chu)調頻(pin)技術中鋰電(dian)池儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)壽(shou)命(ming)短、安全性差的(de)難題，顯著提升機組整體(ti)調頻(pin)性能(neng)(neng)(neng)。今(jin)年，華(hua)能(neng)(neng)(neng)陽邏電(dian)廠(chang)、華(hua)能(neng)(neng)(neng)左權(quan)電(dian)廠(chang)超(chao)級(ji)電(dian)容調頻(pin)項目(mu)建成投產，華(hua)能(neng)(neng)(neng)伊敏煤電(dian)、華(hua)能(neng)(neng)(neng)銅川(chuan)電(dian)廠(chang)等多個項目(mu)建設持續(xu)推進。同(tong)時，西安熱(re)工院還(huan)在開展(zhan)超(chao)級(ji)電(dian)容電(dian)極材料(liao)國產化研(yan)制，未來有望進一步降低超(chao)級(ji)電(dian)容成本，促進超(chao)級(ji)電(dian)容儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)技術大(da)(da)規模推廣應(ying)用。

▲中(zhong)國華能火電廠高溫蒸汽熔鹽儲熱科技示(shi)范(fan)工程(cheng)

探索多種新型儲能技術

除電(dian)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)外，西安(an)(an)熱(re)(re)工院(yuan)還(huan)開展了多項熱(re)(re)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)研究。西安(an)(an)熱(re)(re)工院(yuan)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)所所長韓偉表示：“常(chang)規的電(dian)化學儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)重點在于電(dian)，而熱(re)(re)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)則注重電(dian)和熱(re)(re)的關聯。熱(re)(re)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)市場前景廣闊，通過消納新能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源電(dian)力，將(jiang)其轉化為(wei)熱(re)(re)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)輸出，相比傳(chuan)統儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，應用場景更加豐富。”

據(ju)韓(han)偉介紹，成本低(di)(di)廉(lian)是(shi)(shi)熱化學儲(chu)能(neng)的重要優勢(shi)。“目(mu)前，常規(gui)電(dian)化學儲(chu)能(neng)每千瓦(wa)時投(tou)資為700元(yuan)至1000元(yuan)，這已經是(shi)(shi)非常低(di)(di)廉(lian)的價(jia)格了。但是(shi)(shi)對熱化學儲(chu)能(neng)來說，雖然我(wo)們的項目(mu)還處于(yu)中(zhong)試階段，沒有大規(gui)模推(tui)廣(guang)，但其千瓦(wa)時投(tou)資已經可(ke)以做到350元(yuan)以下，相(xiang)當于(yu)常規(gui)儲(chu)能(neng)的一半。此(ci)外，不同于(yu)電(dian)力存在(zai)峰谷價(jia)差，蒸汽等(deng)熱能(neng)需(xu)求相(xiang)對固定，價(jia)格更平穩。”

此(ci)外(wai)，西安(an)熱(re)工院的(de)熔(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)(chu)能、光熱(re)儲(chu)(chu)(chu)能、水體(ti)儲(chu)(chu)(chu)熱(re)等其他(ta)新型儲(chu)(chu)(chu)能技術(shu)研(yan)究也同步推進。其中(zhong)，熔(rong)鹽(yan)儲(chu)(chu)(chu)能以(yi)無機鹽(yan)作為(wei)介質，通過(guo)鹽(yan)的(de)溫升(sheng)儲(chu)(chu)(chu)存熱(re)能，具有能量密度高、儲(chu)(chu)(chu)熱(re)時(shi)間(jian)長、規模化成本低等諸多優勢。

2022年，西(xi)安熱工院承(cheng)包設(she)計了江蘇國信靖江電(dian)廠儲(chu)能(neng)項(xiang)目(mu)，將熔(rong)鹽(yan)儲(chu)能(neng)系統和火電(dian)結(jie)合，同時實現調峰(feng)、調頻(pin)和工業蒸(zheng)汽供應3種功能(neng)。韓偉(wei)表示(shi)：“我們也建設(she)了一套兆瓦級熔(rong)鹽(yan)儲(chu)能(neng)測試平臺，并開發了相(xiang)變熔(rong)鹽(yan)模塊，熔(rong)鹽(yan)最低(di)使用溫度從之前的260攝氏(shi)度降(jiang)至現在(zai)的100多攝氏(shi)度，提升了儲(chu)能(neng)密度，并更(geng)好匹配蒸(zheng)汽的換熱曲(qu)線。”

文丨中(zhong)國(guo)能(neng)源(yuan)報記者 楊(yang)沐巖，圖(tu)片(pian)均由中(zhong)國(guo)華能(neng)提(ti)供