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近日(ri)，第十二屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會在(zai)浙江(jiang)杭州召(zhao)開，西安熱工研究院節能中心汽輪機靈活運行技術研究所(suo)(suo)所(suo)(suo)長王(wang)偉出(chu)席會議并(bing)發表主題報(bao)告《熔鹽儲熱耦合煤電(dian)機組(zu)的創新實踐(jian)與經濟效益分析》。

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項目背景

王偉指出，自2015年首次參與(yu)光熱大(da)會以來，團隊從學習、研(yan)發逐步走向(xiang)實(shi)踐(jian)轉化，此(ci)次重(zhong)點分(fen)享(xiang)熔鹽儲(chu)熱耦合煤(mei)電(dian)機組的創新實(shi)踐(jian)與(yu)經濟效益(yi)。這一研(yan)究的大(da)背景是國家“雙碳”目(mu)標(biao)——2020年9月習近平總(zong)書記提出“2030年碳達峰、2060年碳中和”目(mu)標(biao)后，為能(neng)源電(dian)力行業高質量發展指明了方向(xiang)。

截至2024年底，全國(guo)發電總裝(zhuang)(zhuang)機(ji)容(rong)量達33.5億(yi)千(qian)瓦(wa)，其(qi)中非化(hua)石能(neng)源19.5億(yi)千(qian)瓦(wa)，占比54.9%；火電14.4億(yi)千(qian)瓦(wa)，新(xin)能(neng)源裝(zhuang)(zhuang)機(ji)14.5億(yi)千(qian)瓦(wa)首(shou)次(ci)超過火電機(ji)組，其(qi)中煤(mei)電裝(zhuang)(zhuang)機(ji)11.9億(yi)千(qian)瓦(wa)，占比35.7%，且持續(xu)下降(jiang)。盡管(guan)裝(zhuang)(zhuang)機(ji)占比不斷下降(jiang)，煤(mei)電仍以不到40%的裝(zhuang)(zhuang)機(ji)提供約60%的發電量、70%的頂(ding)峰能(neng)力和近(jin)80%的調節能(neng)力，是電力安(an)全保(bao)供的“壓艙石”。

近年(nian)來，電網頻率問題(ti)引(yin)發(fa)(fa)的安全事故愈發(fa)(fa)突出，甚至超(chao)過(guo)調峰能力不(bu)足導致的問題(ti)。

今年4月28日，西班牙和(he)葡萄牙發生大(da)規模停電(dian)，波及5000萬民眾。此(ci)前(qian)的4月16日，西班牙曾實(shi)現100%可再生能源供電(dian)，但(dan)事(shi)故當日風(feng)電(dian)出力驟降(jiang)、光伏(fu)因高溫(wen)效率下降(jiang)10%，導(dao)致6.4吉瓦電(dian)力缺口(kou)，而其儲能容量僅2.1吉瓦時（占電(dian)力需(xu)求(qiu)0.3%），無法緩沖供需(xu)失衡。

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火電機組靈活性技術需求分(fen)析

王(wang)偉指出(chu)，隨著新(xin)能源占比提升，火電機(ji)組靈活性改(gai)造迫在眉睫，核心(xin)目標包(bao)括降低(di)最小技術出(chu)力、提升爬坡速率(lv)、增強快(kuai)速啟(qi)停能力，其中(zhong)首要目標是降低(di)最小技術出(chu)力，其次是爬坡速率(lv)，最后是快(kuai)速啟(qi)停。

當(dang)前，純(chun)(chun)凝工(gong)況下煤電(dian)機組最小技(ji)術出力國(guo)際先進水平為20%-25%，我國(guo)《全國(guo)煤電(dian)機組改(gai)造升級實施方案(an)》要求純(chun)(chun)凝工(gong)況達35%Pe，采暖工(gong)況單日6小時達40%Pe。

實際運行中，啟(qi)停調(diao)峰需(xu)求已(yi)從“未來(lai)趨勢”變為“現實挑戰”。2024-2025供暖季，河(he)北、內蒙地區，煤電機組的啟(qi)停調(diao)峰次數明顯增(zeng)加，遠超以往。

政策層(ceng)面(mian)，2025年(nian)(nian)3月國家發(fa)改委、能(neng)源局(ju)印發(fa)的《新(xin)(xin)一代煤電升級專項行動實施方案(an)（2025—2027年(nian)(nian)）》提出(chu)更嚴苛指標：現(xian)役機(ji)組(zu)最小發(fa)電出(chu)力(li)需達25%-40%額定負荷，新(xin)(xin)一代試點(dian)示范(fan)機(ji)組(zu)需達20%以(yi)下；現(xian)役機(ji)組(zu)負荷變化速率(lv)達0.8%-2.5%額定功率(lv)/分鐘，新(xin)(xin)一代機(ji)組(zu)在(zai)50%及以(yi)上負荷區間(jian)達4%/分鐘、30%-50%區間(jian)達2%/分鐘；同時(shi)鼓勵具備啟停(ting)調峰能(neng)力(li)，要求現(xian)役及新(xin)(xin)建機(ji)組(zu)保供(gong)期申報(bao)出(chu)力(li)達標率(lv)不(bu)低于98%，新(xin)(xin)一代試點(dian)機(ji)組(zu)達99%。

此外，煤電中(zhong)長期將向“大(da)容量(liang)、小電量(liang)、煤電+綜合能源(yuan)服務”模(mo)式轉(zhuan)型，圍(wei)繞清潔降(jiang)碳、安(an)全(quan)可靠、高(gao)效調節、智能運行深化技(ji)術(shu)指(zhi)標(biao)，通過自身(shen)挖潛與儲(chu)熱(re)儲(chu)能結合，實現0-100%Pe功(gong)率調節及5%Pe/min快速響應，成為(wei)新型電力系(xi)統(tong)的“穩定器”。

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儲能技術研究現狀

王偉介紹，儲能(neng)技術的核(he)心價值在(zai)于打破電能(neng)生產(chan)、輸送、使用(yong)的同步性，實現能(neng)源時間錯配(pei)利用(yong)。在(zai)各類(lei)儲能(neng)技術中，熔鹽儲熱因(yin)高安(an)全、低成本、大規(gui)模、長壽命、易回收(shou)等(deng)特(te)點，在(zai)提升(sheng)煤電機組靈活性及(ji)工業供汽(qi)方(fang)面獨具優勢(shi)。

熔鹽(yan)常(chang)溫(wen)下(xia)為固態粉(fen)末(mo)，熔點以(yi)上(shang)呈液態，具有流(liu)體性質；混合熔鹽(yan)耐受溫(wen)度高、熱(re)穩定(ding)性好、運(yun)動粘度低、飽和(he)蒸(zheng)汽壓低，是(shi)理想儲熱(re)介(jie)質，世界范圍(wei)內商業化太陽(yang)能熱(re)發(fa)電(dian)站(zhan)普(pu)遍采用。目前應用最廣的是(shi)太陽(yang)鹽(yan)（二元鹽(yan)，硝(xiao)酸(suan)鉀與硝(xiao)酸(suan)鈉按(an)40:60混合）和(he)希特斯鹽(yan)（三元鹽(yan)，硝(xiao)酸(suan)鉀、硝(xiao)酸(suan)鈉、亞硝(xiao)酸(suan)鈉按(an)53:7:40混合）。

熔鹽-固(gu)體粉末(mo)狀態-熔融態-凝固(gu)態

在(zai)技術研發方(fang)面，西安熱(re)(re)(re)工(gong)研究院(yuan)高(gao)度重視熔(rong)鹽儲(chu)熱(re)(re)(re)技術攻關，截至(zhi)2024年11月，熔(rong)鹽儲(chu)熱(re)(re)(re)相(xiang)關專利申(shen)請達366項，位(wei)列(lie)國內第一。其研究聚焦(jiao)熔(rong)鹽在(zai)煤(mei)(mei)電及工(gong)業領域的應用(yong)，而(er)重點在(zai)于(yu)系統設計與控制優化，為熔(rong)鹽儲(chu)熱(re)(re)(re)與煤(mei)(mei)電機組(zu)耦合(he)奠定(ding)了(le)堅(jian)實基礎。

西(xi)安熱工院關于熔鹽儲(chu)熱技術的專(zhuan)利統(tong)計情況

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熔鹽儲熱與煤(mei)電(dian)機組耦合集(ji)成與靈活(huo)運行技術

王偉詳細闡述了熔(rong)鹽(yan)儲熱(re)與煤電機組耦合(he)的(de)技術方案，主要包括加熱(re)、儲熱(re)、放熱(re)三個環節(jie)。加熱(re)環節(jie)可以采用蒸汽加熱(re)或電加熱(re)，也可二者聯合(he)方案：蒸汽加熱(re)可利用主汽、再(zai)熱(re)蒸汽，電加熱(re)則從高廠(chang)變或發電機出口取電。

儲熱環節中，低溫熔鹽(yan)(yan)(yan)維(wei)持在200℃左右(you)，每日溫降不超過(guo)1℃；高溫熔鹽(yan)(yan)(yan)維(wei)持在400℃左右(you)，每日溫降不超過(guo)2℃。放熱環節正常工況(kuang)以機組除氧器出口為水源，事故工況(kuang)（雙機停運）用除鹽(yan)(yan)(yan)水作為應急水源，產生(sheng)的蒸汽(qi)可用于工業供汽(qi)或采暖(nuan)。

運行方(fang)式(shi)上(shang)，該技術(shu)可實現多種功能：調(diao)頻(pin)時，電(dian)加(jia)(jia)熱(re)器作(zuo)為可控負載，全天小功率運行輔助機組響(xiang)應(ying)一次調(diao)頻(pin)與AGC；深調(diao)時，蒸汽(qi)(qi)(qi)發(fa)生(sheng)(sheng)系(xi)統運行解(jie)(jie)決熱(re)電(dian)解(jie)(jie)耦問題，通(tong)過蒸汽(qi)(qi)(qi)與電(dian)加(jia)(jia)熱(re)器滿(man)功率運行賺取調(diao)峰補(bu)貼或減(jian)少(shao)低價電(dian)上(shang)網；頂峰時，蒸汽(qi)(qi)(qi)發(fa)生(sheng)(sheng)系(xi)統滿(man)功率運行，蒸汽(qi)(qi)(qi)加(jia)(jia)熱(re)器與電(dian)加(jia)(jia)熱(re)器小功率運行，保障機組多發(fa)高價電(dian)。

蒸汽加熱與(yu)電(dian)加熱各有優劣：蒸汽加熱熱效率高(gao)(gao)，但抽取(qu)高(gao)(gao)參數大流量(liang)蒸汽難度(du)大，深(shen)度(du)調峰時(shi)更(geng)難實現，且利用顯熱成本(ben)高(gao)(gao)、利用潛熱則熔鹽溫度(du)受限，系統復雜性(xing)高(gao)(gao)、可(ke)(ke)靠(kao)性(xing)低(di)；電(dian)加熱熱效率較低(di)，但能大幅提(ti)升調峰深(shen)度(du)與(yu)調頻性(xing)能，靈(ling)活性(xing)、可(ke)(ke)靠(kao)性(xing)更(geng)高(gao)(gao)，還可(ke)(ke)提(ti)高(gao)(gao)工業供汽可(ke)(ke)靠(kao)性(xing)并具備啟動鍋爐功能。

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典型案例

王偉分享了三(san)個(ge)熔鹽(yan)儲(chu)熱耦合煤電機組的示范案例，展示技(ji)術落地效(xiao)果與經濟效(xiao)益。

▌國信靖江示范項目

該(gai)項目于2022年12月投運(yun)，在2×USC660MW機組耦合(he)40MW/80MWht熔鹽儲熱系統(tong)，實現(xian)1.0MPa、260℃、50t/h工業供(gong)(gong)汽(qi)，解決(jue)深(shen)度調峰與(yu)(yu)工業供(gong)(gong)汽(qi)的熱電解耦問題。項目達成多(duo)項指標：機組深(shen)調至(zhi)＜30%額定負荷(he)，AGC考核Kp值提升＞300%，爬坡速率(lv)＞3%Pe/min，鍋爐運(yun)行安全性與(yu)(yu)汽(qi)輪機經(jing)濟性顯(xian)著改善，還承擔環保、免維護的啟動鍋爐角色。

試驗數據(ju)顯示，機組變(bian)負荷速(su)率達3.91%Pe/min，遠高于(yu)電網要求的1.5%Pe/min；AGC調節精度0.11%，優于(yu)電網0.5%的標準；一次調頻響應時間＜2s，30s實際負荷變(bian)化量達理論量的140.2%，完全滿足考核要求。

2023年4月，該項目首次(ci)參與江(jiang)蘇電力深(shen)度(du)調峰(feng)市場，增加4萬千(qian)瓦調節能力；5月試驗中，機組負(fu)荷從50%Pe降至30%Pe穩燃負(fu)荷后，進一步降至25.65%Pe，挖掘深(shen)度(du)調峰(feng)潛力。

經濟效益顯著：熔鹽(yan)儲熱系(xi)統壽(shou)命≥30年(nian)，無循(xun)環次(ci)數限制，每(mei)天調頻約(yue)1500次(ci)，累(lei)計超100萬次(ci)，平(ping)均每(mei)天參(can)與深度調峰2小時。僅投運(yun)5MW可(ke)控(kong)負(fu)載，機組Kp值從(cong)2提(ti)升至7-9，達(da)原(yuan)來的310%。該項(xiang)目已運(yun)行(xing)兩年(nian)半(ban)，根據實(shi)際運(yun)行(xing)數據，年(nian)調頻收(shou)(shou)益3000萬元，調峰收(shou)(shou)益100萬元，兩年(nian)內收(shou)(shou)回項(xiang)目成(cheng)本。

▌濟寧華源熱電示范工程

該(gai)項目(mu)于2024年6月(yue)30日投產，是(shi)全國(guo)首(shou)套(tao)“蒸汽(qi)(qi)+電(dian)(dian)”聯合(he)加熱(re)的熔鹽儲熱(re)系(xi)統，在2×350MW機組耦合(he)50MW/100MWht系(xi)統，接入(ru)中(zhong)溫再熱(re)器出口聯箱(xiang)與6kV高壓廠用(yong)電(dian)(dian)系(xi)統。項目(mu)實(shi)現1.5MPa、300℃、75t/h供汽(qi)(qi)，深(shen)調30%、頂峰100%，AGC指標K值可(ke)提升至4以(yi)上，具備備用(yong)汽(qi)(qi)源(yuan)與啟動鍋爐功(gong)能。

2024年9月(yue)(yue)第三方考核(he)顯示，加熱功(gong)率(lv)51.43MW（設(she)計(ji)(ji)50MW），儲熱容量103.87MWh（設(she)計(ji)(ji)100MWh），最大供汽(qi)量85.59t/h（設(she)計(ji)(ji)75t/h），雙機停運工況供汽(qi)60.21t/h（設(she)計(ji)(ji)60t/h），各項(xiang)指(zhi)標均超(chao)設(she)計(ji)(ji)要求(qiu)。根據2024年10月(yue)(yue)至今的收(shou)益(yi)分(fen)析，月(yue)(yue)平均收(shou)益(yi)300萬元(yuan)左右，累(lei)計(ji)(ji)年收(shou)益(yi)3500萬元(yuan)。

山(shan)東電網2024年(nian)1月至2025年(nian)9月負電價時(shi)(shi)長(chang)1222小時(shi)(shi)（均價-71.01元/兆(zhao)瓦(wa)時(shi)(shi)），0-150元/兆(zhao)瓦(wa)時(shi)(shi)時(shi)(shi)長(chang)683小時(shi)(shi)，為低電價儲熱(re)、高電價放熱(re)創造有利條(tiao)件。

山東電網低(di)電價(jia)數據分析(xi)

▌華能海門示范項目

該項(xiang)目于(yu)2024年9月(yue)29日(ri)投產，是全國首套百萬機(ji)組(zu)(zu)熔鹽儲熱項(xiang)目，在4×USC1000MW機(ji)組(zu)(zu)耦合60MW/120MWht系(xi)統，1、2號機(ji)組(zu)(zu)與3、4號機(ji)組(zu)(zu)分別配置“二拖(tuo)一”30MW電(dian)加熱系(xi)統，接入6kV高壓廠(chang)用(yong)電(dian)。

項目實現(xian)3.0MPa、300℃、90t/h供汽(qi)，深(shen)調至(zhi)＜40%額定(ding)負荷(he)，AGC指標K值提升至(zhi)1.3以上（實測最高2.57），具備(bei)備(bei)用汽(qi)源與啟動鍋(guo)爐功能。

技(ji)術創新方面，應用6kV電加熱器與690V耦合，功率1MW直(zhi)驅響應達(da)MS級，溫度(du)范圍210℃-420℃，規模化后成(cheng)本降低50%，絕(jue)緣(yuan)等級達(da)6kV耐擊穿電壓，可承受上萬次負荷波動(dong)，壽命(ming)20年(nian)。項目自動(dong)化程度(du)高，熔鹽區域實現無人值守與機器狗(gou)巡(xun)檢。

經濟效益上，預估年收益不少于6000萬元(yuan)，僅調(diao)頻日收益約(yue)20萬元(yuan)；2025年春(chun)節期間，四(si)臺機組(zu)全停，熔(rong)鹽系統單(dan)獨帶50t/h供汽，驗證了備用(yong)汽源和啟動(dong)鍋爐的功(gong)能。

技術指標和社會效益

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項目團隊與工作基礎(chu)

據王偉介紹，西安熱工(gong)研究(jiu)院團隊(dui)多年(nian)來深耕煤電靈活性領域，承擔多項(xiang)(xiang)(xiang)國家級科(ke)(ke)技(ji)攻關與示(shi)范項(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)，形(xing)成(cheng)深厚(hou)工(gong)作(zuo)基礎。團隊(dui)參與2項(xiang)(xiang)(xiang)科(ke)(ke)技(ji)部國家重點(dian)研發計劃(hua)、6項(xiang)(xiang)(xiang)能源局(ju)煤電靈活性改造示(shi)范項(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)、4項(xiang)(xiang)(xiang)省級活性改造示(shi)范項(xiang)(xiang)(xiang)目(mu)，獲國家科(ke)(ke)技(ji)進(jin)步二等(deng)(deng)獎1項(xiang)(xiang)(xiang)、中(zhong)國電力科(ke)(ke)技(ji)進(jin)步一(yi)等(deng)(deng)獎1項(xiang)(xiang)(xiang)。

在(zai)產學研(yan)合作方面，團隊與清華大學、華北(bei)電力大學、西安交通大學等高校(xiao)(xiao)，及遼(liao)寧電網公司、中(zhong)(zhong)國電科院(yuan)等單位協同攻關，組建(jian)陜(shan)西省“四主體一聯合”儲能與熱能動力系統靈活低碳校(xiao)(xiao)企聯合研(yan)究(jiu)中(zhong)(zhong)心(xin)，圍(wei)繞儲能共性技術(shu)展開(kai)研(yan)究(jiu)。

科技(ji)成(cheng)果(guo)方面，“熔鹽儲熱耦(ou)合煤電機組調(diao)頻調(diao)峰(feng)及安全(quan)供汽技(ji)術”通(tong)過中(zhong)國電力企(qi)業聯(lian)合會鑒定，達(da)到國際領(ling)先水平，被評(ping)定為華能集(ji)團首臺（套(tao)）重大技(ji)術裝備，獲2023年(nian)華能集(ji)團科學技(ji)術進步一等(deng)獎(jiang)，并(bing)入選2023年(nian)“科創(chuang)中(zhong)國”先導技(ji)術榜單（綠色低碳(tan)領(ling)域）。

展望未來，王偉(wei)認(ren)為市場潛(qian)力(li)巨大(da)：我國煤電(dian)存量11.9億千瓦(wa)(wa)，僅按3%調頻需求(qiu)計算(suan)(suan)，對(dui)應儲能規(gui)模約(yue)0.3億千瓦(wa)(wa)，按每千瓦(wa)(wa)700-1000元(yuan)測算(suan)(suan)，市場規(gui)模達300億以上，若計入10%-20%的調峰需求(qiu)，市場空間更為廣(guang)闊(kuo)。該技術的推廣(guang)將有(you)力(li)提升(sheng)機組盈利能力(li)，保(bao)障“雙碳”背(bei)景下的用電(dian)靈活(huo)與用汽(qi)安全，為新型(xing)電(dian)力(li)系統建(jian)設提供重要(yao)支撐。