《碳達峰碳中和》新能源高比例發(fā)展矛盾解決之道——光熱高溫熔鹽新型儲能技術(shù)助力實現(xiàn)雙碳目標(biāo)

伴隨著“碳達峰碳中和”綠色低碳發(fā)展轉(zhuǎn)變的開展，作為目前最大“造碳”兩大領(lǐng)域工業(yè)和電力的化石能源來說，與可再生能源應(yīng)用高比例急速增長，產(chǎn)生前所未有的極大矛盾，特別是在工業(yè)和電力能源領(lǐng)域，矛盾會隨著新能源比例的增加更為突出，加速能源革命的利劍懸在頭上，亟需有效解決之道。

從下圖1看2020年國內(nèi)二氧化碳排放結(jié)構(gòu)比例來說，工業(yè)領(lǐng)域和電力能源領(lǐng)域的排放比例占據(jù)比重較大，如何實現(xiàn)碳達峰、碳中和的發(fā)展目標(biāo)，重點的開展方向離不開這兩大主要領(lǐng)域，化石能源煤炭比重的快速降低是最優(yōu)先考慮的措施方法。

圖1中國CO2排放結(jié)構(gòu)

如何盡早實現(xiàn)碳達峰目標(biāo)，為碳中和爭取更多的時間，主要分析國內(nèi)幾大行業(yè)排放比例的高低，作為工業(yè)、電力領(lǐng)域無疑是最大的挑戰(zhàn)，從表1可以看出，工業(yè)、電力能源領(lǐng)域占比較大。

表1 2020年各行業(yè)二氧化碳占比

3月15日中央財經(jīng)委員會第九次會議提出的要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。要實施重點行業(yè)領(lǐng)域減污降碳行動，工業(yè)領(lǐng)域要推進綠色制造，建筑領(lǐng)域要提升節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，交通領(lǐng)域要加快形成綠色低碳運輸方式。要推動綠色低碳技術(shù)實現(xiàn)重大突破，抓緊部署低碳前沿技術(shù)研究，加快推廣應(yīng)用減污降碳技術(shù)，建立完善綠色低碳技術(shù)評估、交易體系和科技創(chuàng)新服務(wù)平臺。我國力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和，是黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運共同體。會議提出要解決突出矛盾和問題，推動平臺經(jīng)濟規(guī)范健康持續(xù)發(fā)展；實現(xiàn)碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革，要把碳達峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，拿出抓鐵有痕的勁頭，如期實現(xiàn)2030年前碳達峰、2060年前碳中和的目標(biāo)。光熱高溫熔鹽新型儲能技術(shù)正是在工業(yè)蒸汽用熱領(lǐng)域、電力能源調(diào)峰儲能領(lǐng)域需要的綜合能源高效利用方式，滿足工業(yè)領(lǐng)域電能替代低碳綠色發(fā)展，以及新能源為主體的電力領(lǐng)域削峰填谷、穩(wěn)定電網(wǎng)安全運行、調(diào)節(jié)消納新能源間歇電力的要求。

光熱高溫熔鹽新型儲能技術(shù)采用光熱發(fā)電領(lǐng)域成熟的高低溫雙罐熔融鹽儲能方案，冷熱罐熔鹽儲存形式，因為這是一種簡單并且得到實際驗證的形式。采用成熟太陽能光熱、棄風(fēng)棄光、低谷電或工業(yè)余熱等，加熱儲罐系統(tǒng)內(nèi)熔鹽介質(zhì)。

圖2塔式光熱技術(shù)                           圖3槽式光熱技術(shù)

儲熱系統(tǒng)的熱鹽罐和冷鹽罐安置在事先做好的地基上，在兩個儲鹽罐的之間安置蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器的鹽管道兩端與熱鹽罐和冷鹽罐連接，通過管道熔融鹽在熱鹽罐、蒸汽發(fā)生器、冷鹽罐三者之間傳輸。

圖4光熱熔鹽儲能系統(tǒng)參考

蒸汽發(fā)生器用于將熔鹽存儲的熱量傳遞給工業(yè)園區(qū)蒸汽用戶直接利用，也可以通過梯級換熱為居民供熱供暖，在沒有熱用戶的情況下，熱量傳遞汽輪機工質(zhì)水（汽），以驅(qū)動汽輪發(fā)電機組產(chǎn)生電能，蒸汽發(fā)生器為過熱蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器的額定新蒸汽參數(shù)與汽輪機匹配，汽輪機采用再熱式空冷純凝機組，也可以根據(jù)規(guī)模大小采用其他類型發(fā)電機組，以實現(xiàn)項目的最佳經(jīng)濟性及更高效率。

圖5棄風(fēng)棄光熔鹽新型儲能利用參考圖

項目使用太陽能光熱、棄風(fēng)棄光、低谷電或工業(yè)（熱電廠）余熱加熱熔鹽，熔鹽溫度升高，能量儲存在熔鹽罐中，帶有熔鹽儲熱的風(fēng)、光、儲一體化的集中式、分布式能源多聯(lián)供系統(tǒng)方案，帶有熔鹽儲熱的集中式、分布式能源多聯(lián)供功能模塊，并對系統(tǒng)用能進行預(yù)測。系統(tǒng)具備多場景應(yīng)用模式下的商業(yè)推廣價值，為熔鹽儲熱技術(shù)在供熱制冷領(lǐng)域、熱電解耦以及在綜合智慧能源系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用技術(shù)支撐。項目優(yōu)先為園區(qū)工業(yè)企業(yè)提供蒸汽利用，梯級居民清潔供熱供暖利用，多余部分采用余熱發(fā)電機組發(fā)電，實現(xiàn)棄風(fēng)棄光電（余熱）等資源的合理梯級高效利用。

針對高比例可再生能源（風(fēng)電、光伏）發(fā)電大規(guī)模能源基地，熔鹽新型儲能技術(shù)具備提供大規(guī)模、高安全、低成本、長壽命、易回收的高效儲能優(yōu)勢。實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻友好協(xié)同發(fā)展，提高電力輸出功率的穩(wěn)定性，提升新能源消納能力和綜合效益。

一、工業(yè)蒸汽用熱成本上漲與綠色低碳發(fā)展矛盾

隨著生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展，大氣污染攻堅戰(zhàn)等政策的實施，工業(yè)能源領(lǐng)域的矛盾越來越突顯，首先是工業(yè)領(lǐng)域的燃煤鍋爐天然氣、電能替代，導(dǎo)致石油進口占比增加到70%以上，氣代煤的政策導(dǎo)致天然氣超過43%以上的進口比例，能源對外依存度的加大，給國家能源安全帶來極大的風(fēng)險。近期沙特石油設(shè)施遭受襲擊，輪船蘇伊士運河擱淺等突發(fā)因素勢必會推高油氣價的上漲風(fēng)險，給國家能源安全的帶來極大挑戰(zhàn)，面對百年未有之大變局，國際勢力遏制我國發(fā)展的賊心不死。推動我國能源革命，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，助力早日實現(xiàn)能源的自給自足將會給新能源帶來前所未有的增長機會。對于工業(yè)領(lǐng)域的用熱成本增高，特別是工業(yè)蒸汽成本逐年推高，雖然國家逐年在降低電價，推動新舊動能轉(zhuǎn)換電能替代的發(fā)展，不足以改變工業(yè)領(lǐng)域用熱成本上漲的矛盾。更伴隨著碳達峰的任務(wù)實施，碳排放配額比例的逐年降低勢必會加劇工業(yè)（蒸汽）用熱成本更大幅度的提升。光熱高溫熔鹽新型儲能技術(shù)是目前符合解決矛盾的最佳方案，充分利用光熱集熱技術(shù)在有限的空間內(nèi)提高可再生能源的清潔熱源，耦合低谷電時段低成本電價助力電網(wǎng)穩(wěn)定平衡，充分加大吸納風(fēng)電、光伏高發(fā)時段火電調(diào)峰不足導(dǎo)致的棄電，爭取調(diào)峰輔助服務(wù)政策支持，降低用電成本。助力工業(yè)低碳綠色發(fā)展，早日實現(xiàn)碳達峰目標(biāo)、碳中和愿景。

二、風(fēng)電光伏高比例裝機與電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行矛盾

針對新能源風(fēng)電、光伏更大比例裝機，給電網(wǎng)安全運行帶來不穩(wěn)定的影響，無疑是第二個突顯的矛盾。新能源發(fā)電目前來看利用小時數(shù)低，2019年我國風(fēng)電光伏平均滿負(fù)荷利用小時數(shù)分別是2082小時和1169小時，高比利新能源電量場景需要數(shù)倍于負(fù)荷的新能源裝機容量，造成新能源出力大幅波動，功率平衡和運行控制難度極大，新能源高發(fā)時段消納困難，擠占常規(guī)電源空間，消納與安全矛盾突出。充分利用光熱高溫熔鹽新型儲能技術(shù)的大規(guī)模、大容量優(yōu)勢，加大風(fēng)電光伏高發(fā)時段的消納比例，穩(wěn)定平衡電網(wǎng)安全運行，助力電網(wǎng)削峰減少新能源為主體電力系統(tǒng)的現(xiàn)實矛盾。

圖6風(fēng)電出力和負(fù)荷曲線                        圖7光伏出力和負(fù)荷曲線

三、國內(nèi)風(fēng)光資源充沛地區(qū)與負(fù)荷中心供暖季清潔供暖矛盾

以三北風(fēng)光資源充沛地區(qū)的資源條件，與國內(nèi)沿海地區(qū)負(fù)荷中心較遠距離的矛盾，目前的特高壓電網(wǎng)是有效的解決辦法。根據(jù)氣象軟件查詢光資源的數(shù)據(jù)，光伏采用水平輻射（GHI）數(shù)據(jù)供暖季最低和夏季最高數(shù)據(jù)差異接近3倍左右，勢必會導(dǎo)致冬天光伏發(fā)電量較夏季發(fā)電量下降較多，導(dǎo)致供暖季特高壓送出量利用率下降，這是資源條件導(dǎo)致的現(xiàn)實矛盾。

圖8榆林市光資源參考數(shù)據(jù)                      圖9張家口塞北光資源參考數(shù)據(jù)

再加上北方地區(qū)增加民生供暖，供熱需求陡然上升，勢必加大矛盾難題，又因燃煤（燃?xì)馓娲勤厔荩犭姍C組增加供暖負(fù)荷后調(diào)峰能力受限，導(dǎo)致更大規(guī)模的棄風(fēng)棄光現(xiàn)象在供暖季普遍發(fā)生。充分利用光熱高溫熔鹽新型儲能技術(shù)，聚光光熱的法向直接輻射（DNI）差異相比水平輻射（GHI）更少，冬季DNI數(shù)據(jù)遠比GHI數(shù)據(jù)更高，高溫熔鹽新型儲能具備大力消納風(fēng)電光伏棄電比例，滿足更大范圍用熱要求。更有利于解決燃煤熱電機組低碳發(fā)展需要，將來非供暖季由高溫熔鹽新型儲能技術(shù)來支撐耦合運行，實現(xiàn)碳排放配合逐步降低的目標(biāo)。光熱高溫熔鹽新型儲能是利用先進適應(yīng)性技術(shù)化解環(huán)境矛盾的最佳技術(shù)方案。

針對國內(nèi)目前的工業(yè)和電力領(lǐng)域能源的現(xiàn)階段主要矛盾和問題，如何有效解決是當(dāng)下和未來一段時間需要重點解決的問題。光熱高溫熔鹽新型儲能技術(shù)，目前來看能夠具備：

解決風(fēng)電光伏新增裝機配置儲能的要求；

解決電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻穩(wěn)定安全運行的能力；

解決高比例新能源棄風(fēng)棄光消納能力；

解決工業(yè)領(lǐng)域蒸汽成本上漲低碳發(fā)展能力；

解決電能替代低谷電利用平衡電網(wǎng)能力；

解決熱電聯(lián)產(chǎn)電站調(diào)峰難題和碳配額減少生產(chǎn)難題。

目前光熱高溫熔鹽新型儲能技術(shù)雖然具備以上優(yōu)點，制約發(fā)展的因素也比較多，如何享受電網(wǎng)領(lǐng)域儲能政策支撐的難題，目前主要儲能政策是化學(xué)儲能匹配的政策，而且能源電力發(fā)展歸口國家能源局管理電網(wǎng)公司調(diào)度；工業(yè)領(lǐng)域的能源利用是工信部在管理。其實電力領(lǐng)域儲能的難題在工業(yè)領(lǐng)域可以協(xié)助解決并能直接利用，但是目前的政策支撐不足，能源電力寧愿花更大代價補貼研究儲電的方向，也不愿花更低代價通過工業(yè)直接利用作為調(diào)峰電源的支撐方式（缺少跨部門之間政策）。如何從能源結(jié)構(gòu)調(diào)整角度，電力儲能方式的多元化應(yīng)用轉(zhuǎn)變，以低成本高安全儲熱的形式發(fā)展，不僅僅是解決自身難題，還能成就工業(yè)領(lǐng)域低碳發(fā)展，更加速工業(yè)電能替代新舊動能轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)節(jié)約優(yōu)化低碳綠色發(fā)展，助力實現(xiàn)能源安全目標(biāo)。

新能源為主體的電力系統(tǒng)的思維必須要打破電力網(wǎng)絡(luò)本身，需要從全能源綜合體系中找到最佳平衡解決方式，需要從工業(yè)用戶領(lǐng)域的高度電氣化發(fā)展未來入手，新能源高比例和工業(yè)電氣化勢必會加速能源安全矛盾加劇，更需要以能源體系重構(gòu)思維去入手，利用電網(wǎng)自身的儲能解決其中一部分，再利用工業(yè)用熱領(lǐng)域儲能解決一部分，剩下一部分需要用燃?xì)馑姷日{(diào)峰機組來解決，是碳達峰碳中和綠色發(fā)展的多路徑發(fā)展方式。更需要能源管理部門，從電力和工業(yè)雙領(lǐng)域著手策劃推進低碳發(fā)展政策支撐，避免過去“水多了加面，面多了加水”的直線思維，向柔性多維思維方式轉(zhuǎn)變，讓光熱高溫熔鹽新型儲能技術(shù)發(fā)揮在工業(yè)電力領(lǐng)域的最大利用價值，助力實現(xiàn)碳達峰碳中和快速發(fā)展路徑。

最后，介紹一下光熱高溫熔鹽新型儲能技術(shù)的推動者，山西常晟新能源科技是熔鹽儲熱領(lǐng)域集研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、銷售和安裝為一體的高端裝備制造商、系統(tǒng)集成商，也是高新技術(shù)企業(yè)。研發(fā)成果已用于光熱發(fā)電儲熱、棄風(fēng)棄光熔鹽蓄熱式供熱、熔鹽蓄熱調(diào)峰電站、間歇高溫工業(yè)余熱回收領(lǐng)域以及為需要蒸汽的企業(yè)提新型儲能系統(tǒng)。公司是全國工商聯(lián)新能源商會副會長單位、全國熔鹽行業(yè)協(xié)會副會長單位，是太陽能熔鹽（硝基型）產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)制定者之一。

截止到2020年10月份，公司為敦煌100MW塔式熔鹽光熱發(fā)電項目、敦煌50MW菲涅爾熔鹽光熱發(fā)電項目、海西格爾木50MW塔式熔鹽光熱發(fā)電項目、內(nèi)蒙古烏拉特中旗100MW槽式熔鹽光熱發(fā)電項目、海南州共和50MW塔式熔鹽光熱發(fā)電項目、哈密50MW塔式熔鹽光熱發(fā)電項目等國內(nèi)大部分熔鹽儲能光熱電站項目累計提供高純度熔鹽10萬噸以上，占據(jù)熔鹽儲能所需硝酸鉀供應(yīng)80%以上的市場份額，實現(xiàn)了熔鹽核心材料進口替代，一躍成為熔鹽儲能市場領(lǐng)軍企業(yè)（注：熔鹽由硝酸鉀和硝酸鈉等按一定混合組成，其中硝酸鉀屬于國內(nèi)稀缺資源，價格遠高于硝酸鈉，國內(nèi)達到熔鹽儲熱所需硝酸鉀材料標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)較少）。

圖10棄風(fēng)棄光熔鹽儲能綜合利用示意圖

公司依托強大的熔鹽制造能力，已經(jīng)形成“光熱、熔鹽材料+儲能系統(tǒng)”的系統(tǒng)集成和金融服務(wù)體系，將各種低成本的光、電及余熱，經(jīng)過熔鹽儲能系統(tǒng)收集，為工業(yè)企業(yè)、用熱客戶等提供穩(wěn)定、持續(xù)、高品質(zhì)的工業(yè)蒸汽、熱水及電力。依托熔鹽儲能系統(tǒng)大規(guī)模儲熱能力，廣泛應(yīng)用于光熱發(fā)電、電網(wǎng)削峰填谷、余熱利用、工業(yè)蒸汽、清潔供熱等諸多清潔能源利用領(lǐng)域，滿足未來工業(yè)和電力能源低碳綠色發(fā)展需要。

公司愿與行業(yè)伙伴共同推動光熱高溫熔鹽新型儲能技術(shù)，加速在構(gòu)建新能源為主體電力系統(tǒng)中提供新型儲能應(yīng)用技術(shù)，在工業(yè)綠色低碳發(fā)展領(lǐng)域中提供低碳路徑零碳目標(biāo)解決方案，為共同推進碳達峰目標(biāo)碳中和愿景共享低碳綠色能源發(fā)展模式。

歡迎（王工13810518839）和大家一起共同推動新型儲能技術(shù)的工業(yè)電力領(lǐng)域應(yīng)用。