隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，光伏、風(fēng)電等可再生能源發(fā)電將會(huì)迎來(lái)高速發(fā)展。而“十四五”期間將是我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的關(guān)鍵期，可再生能源比例將持續(xù)提升，最終取代火力發(fā)電成為主力能源。在火電占比逐漸下降、承擔(dān)深度調(diào)峰壓力巨大的新形勢(shì)下，儲(chǔ)能技術(shù)無(wú)疑是有效緩解大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)壓力的一種有效技術(shù)手段。

儲(chǔ)能技術(shù)涉及領(lǐng)域非常廣泛，按儲(chǔ)能方式可分為抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能、蓄熱儲(chǔ)能等，按應(yīng)用場(chǎng)景則可分為電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能、電源側(cè)儲(chǔ)能、用戶側(cè)儲(chǔ)能。電源側(cè)儲(chǔ)能主要包括集中式新能源利用、調(diào)頻輔助服務(wù)應(yīng)用、調(diào)峰輔助服務(wù)應(yīng)用3種應(yīng)用模式，在各種儲(chǔ)能方式中，除傳統(tǒng)的抽水蓄能以外均可用于電源側(cè)儲(chǔ)能。儲(chǔ)熱技術(shù)具有更強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力和持續(xù)供給能力，在電源側(cè)儲(chǔ)能中應(yīng)用十分廣泛。

純太陽(yáng)能光熱發(fā)電

在純太陽(yáng)能熱發(fā)電領(lǐng)域，儲(chǔ)熱是核心技術(shù)之一。目前，國(guó)際上已經(jīng)建成運(yùn)行和正在建設(shè)的純太陽(yáng)能熱電站大多配置了儲(chǔ)熱系統(tǒng)。用于光熱發(fā)電的儲(chǔ)熱系統(tǒng)以熔融鹽儲(chǔ)熱為主，儲(chǔ)熱溫度可達(dá)500℃以上。儲(chǔ)熱系統(tǒng)的引入進(jìn)一步提高了純太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中太陽(yáng)能貢獻(xiàn)度，優(yōu)化了系統(tǒng)性能，以50MW太陽(yáng)能光熱塔式發(fā)電項(xiàng)目為例，有研究者分析了是否配備儲(chǔ)熱系統(tǒng)時(shí)電站性能情況。可見(jiàn)，配備儲(chǔ)熱系統(tǒng)時(shí)的電站性能明顯優(yōu)于無(wú)儲(chǔ)熱系統(tǒng)。

圖：50MW光熱發(fā)電機(jī)組搭配儲(chǔ)熱前后性能對(duì)比

太陽(yáng)能光熱-化石燃料互補(bǔ)發(fā)電

純太陽(yáng)能熱發(fā)電可以實(shí)現(xiàn)完全清潔發(fā)電，但對(duì)設(shè)備要求較高且裝機(jī)容量受限，因此有研究者設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能與化石燃料互補(bǔ)的發(fā)電技術(shù)。太陽(yáng)能與化石燃料熱互補(bǔ)發(fā)電做到了太陽(yáng)能光熱和化石燃料的取長(zhǎng)補(bǔ)短，一方面化石燃料發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以在一定程度上平抑太陽(yáng)能輻照頻繁波動(dòng)對(duì)太陽(yáng)能側(cè)發(fā)電量的影響；另一方面由于耦合了太陽(yáng)能，可以有效減少傳統(tǒng)化石能源發(fā)電系統(tǒng)的消耗并改善環(huán)境問(wèn)題，也有效解決了太陽(yáng)能利用不穩(wěn)定和發(fā)電成本高等問(wèn)題。因此，太陽(yáng)能與化石燃料互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是目前解決太陽(yáng)能高效利用的重點(diǎn)發(fā)展方向。

圖：配置儲(chǔ)熱的太陽(yáng)能-燃煤熱互補(bǔ)發(fā)電機(jī)組

太陽(yáng)能熱互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)同樣需要搭配儲(chǔ)熱。一方面，儲(chǔ)熱系統(tǒng)與太陽(yáng)能-化石能源熱互補(bǔ)系統(tǒng)相結(jié)合，可以提高太陽(yáng)能利用率，進(jìn)一步節(jié)省化石燃料消耗量，提高整個(gè)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，另一方面，熱互補(bǔ)系統(tǒng)總運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)將大幅提高，且可使太陽(yáng)能側(cè)的輸出保持穩(wěn)定，有利于系統(tǒng)的安全性和高效性。有科研人員對(duì)搭配儲(chǔ)熱系統(tǒng)的太陽(yáng)能-燃煤熱互補(bǔ)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了建模計(jì)算，根據(jù)測(cè)算結(jié)果，一套660MW光熱互補(bǔ)發(fā)電機(jī)組在搭配雙罐熔融鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)后，最高可節(jié)約煤15.55%，提高系統(tǒng)熱電效率3.3%。

搭配儲(chǔ)熱裝置的熱電聯(lián)產(chǎn)

熱電聯(lián)產(chǎn)是最早將電源側(cè)儲(chǔ)熱投入實(shí)際生產(chǎn)的領(lǐng)域。由于存在峰谷差，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組受供熱限制而不能充分投入運(yùn)行，導(dǎo)致熱電調(diào)度無(wú)法高效運(yùn)行，故機(jī)組調(diào)峰能力被“以熱定電”限制，將熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)與儲(chǔ)熱技術(shù)相結(jié)合，可以有效降低用能峰谷差，減少一次能源消耗。此外，儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的熱電解耦，提高了冬季取暖期的調(diào)峰能力。目前，國(guó)內(nèi)外的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組已普遍使用以水蓄熱技術(shù)為主的儲(chǔ)熱裝置。

圖：配置儲(chǔ)熱的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組

根據(jù)對(duì)我國(guó)目前在運(yùn)的北方熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的數(shù)據(jù)分析，配置儲(chǔ)熱系統(tǒng)的機(jī)組調(diào)峰能力均有大幅度提高。北方地區(qū)的一臺(tái)300MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，在配備儲(chǔ)熱裝置后調(diào)峰容量從15.5%提升至37%，最大電出力提升了64.6MW。

電源側(cè)儲(chǔ)熱需擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模技術(shù)提升是關(guān)鍵

儲(chǔ)熱技術(shù)是具有廣闊發(fā)展前景的節(jié)能技術(shù)。電力體制改革和“雙碳”目標(biāo)的提出給能源行業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，隨著新能源裝機(jī)占比的上升，電源側(cè)調(diào)峰能力受到了更高的要求。儲(chǔ)熱技術(shù)在電源側(cè)的應(yīng)用能做到兼顧調(diào)峰和能源清潔化，是未來(lái)我國(guó)電力系統(tǒng)不可或缺的組成部分。除了上文提到的光熱發(fā)電和熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域之外，電源側(cè)儲(chǔ)熱技術(shù)還可應(yīng)用于多能互補(bǔ)系統(tǒng)等其他新型能源系統(tǒng)，打造全面、穩(wěn)定、清潔的綜合能源服務(wù)。

另一方面，以光熱發(fā)電為主的電源側(cè)儲(chǔ)熱技術(shù)裝機(jī)容量提升緩慢，主要原因是受到現(xiàn)有技術(shù)的限制。從儲(chǔ)熱介質(zhì)而言，需要尋找兼顧儲(chǔ)熱溫度、儲(chǔ)熱密度和傳熱能力的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)熱材料，從儲(chǔ)熱方式而言，顯熱/潛熱混合儲(chǔ)熱能降低系統(tǒng)成本、提升熱效率，從儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)能大幅度降低成本并提高系統(tǒng)安全性。因此，儲(chǔ)熱技術(shù)的提升是行業(yè)發(fā)展關(guān)鍵，只有研發(fā)了更多新技術(shù)，才能讓儲(chǔ)熱在電源側(cè)的應(yīng)用更加成熟。