胡高斌：面向新型電力系統(tǒng)的熔融鹽儲熱與煤電機組耦合集成與靈活運行技術

江蘇國信靖江發(fā)電有限公司設備部副主任

胡高斌：各位領導，各位專家，大家下午好。我是江蘇國信新疆發(fā)電有限公司設備部武高斌，很榮幸能在儲能技術應用研討會大平臺上和大家進行交流學習。今天匯報的主題是面向新型電力系統(tǒng)的熔巖儲熱與煤電機組耦合集成與靈活運行技術。我就以下5點進行介紹，包括大環(huán)境的背景和電力行業(yè)的背景，儲能技術的選擇，這相對來說是相對于煤電機組，熔融也儲熱的，在建項目的簡單的實施方案和收益分析，最后是示范工程的引進。

大家都知道在2030年要達到碳達峰，在2060年要實現(xiàn)碳中和，其目標是黨中央的重大決策部署，相對于電力行業(yè)來說，要實現(xiàn)碳達峰，碳中和基本思路和主要舉措是深化電力體制改革，構建以新能源為主題的綠色低碳新型電力系統(tǒng)。而且江蘇省十四五可再生能源發(fā)展規(guī)劃也提出，到2025年，江蘇全省可再生能源消納占全社會用量占比要達到21%，可再生能源總裝機量占比要超過30%，可再生能源在電網(wǎng)中占比要進一步提升，要構建新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，意味著風力發(fā)電、光伏發(fā)電將是未來電力系統(tǒng)的主體。國家發(fā)改委和國家能源局發(fā)布的關于加強推動新型儲能發(fā)展的指導意見，主要要實現(xiàn)兩個目標，是到2025年實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展的轉變，到2030年實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展，新型儲能核心技術裝備自主可控，進行儲能成為能源領域綜合的關鍵支撐。

講行業(yè)背景，從兩個餅狀圖可以看出，雖然現(xiàn)在風電和太陽能發(fā)電約占國電源側總裝機容量的27%，但是的實際發(fā)電量僅占12%，而火力發(fā)電以55%的裝機容量卻發(fā)出占比67%的電量，可見火力發(fā)電仍然是國電源側的中流砥柱。但是隨著新能源的發(fā)展，新能源的消耗面臨著很大的壓力，因此急需開發(fā)新技術、新能源的消納。

介紹儲能項目實施單位簡介，公司位于江蘇省晉江市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內，主要經(jīng)營內容為火力發(fā)電、供氣，售電以及港口經(jīng)營，公司兩臺66萬的超臨界機組是2015年投產(chǎn)，年發(fā)電量約70億千瓦時。公司主要還承擔著晉江東部和中部區(qū)域的供熱，這5年供熱量約80萬噸，大約是1小時100噸左右。由前面的介紹可知，公司地處長三角地區(qū)，長三角地區(qū)電網(wǎng)發(fā)達，電力輸送能力強，再加上東部沿海的海上風電，還有光伏等新能源，所以說在區(qū)域內相對來說火電機組的調峰做調頻的壓力比較大。

據(jù)前面所述在雙探的目標下，在整個的大環(huán)境下，發(fā)展低碳能源，提高可再生能源比例已經(jīng)是板上釘釘?shù)?，所以說對于的燃煤的發(fā)電機組來說，提高的效率和靈活性改造，以及大力發(fā)展的儲能技術是勢在必行的。儲能技術是解決當前電網(wǎng)調頻和調峰能力不足，造成新能源消耗困難的關鍵。就相當于剛剛的發(fā)改委和國家能源局也指出，新型儲能要成為新能源雙碳目標的關鍵支撐之一，在電源側儲能方面要布置一批配置儲能的新型能源電站項目，通過儲能協(xié)調優(yōu)化保障性能源的高效利用，為電力系統(tǒng)提供容量支撐和一定的調峰能力。到2025年新型儲能裝機容量要達到3,000萬千瓦以上，要推進儲能供熱與發(fā)電示范的應用，所以說儲能技術在提高可再生能源消納比例，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行等方面要發(fā)揮著重要的作用，是支撐國大規(guī)模發(fā)展新能源，保障能源安全的關鍵技術。想必大家都知道儲能技術按照原理可以分為以下幾點，包括機械儲能、熱化學儲能、熱量性儲能（其中包含熔鹽儲能）、電化學儲能、電池內儲能等。抽水蓄能的成熟度比較高，規(guī)模很大，但嚴重依賴地理位置，建設周期較長，資源受限，而電化學儲能效率高，響應速度快，但是單位成本相對于來說較高，壽命短，安全風險交大熱化學組目前成熟度較低，全過程儲能效率低，不具備商業(yè)化運行的條件。電子儲能還處在實驗階段，所以說相對于煤電機組來說，熱量型儲能技術過程簡單，關鍵設備發(fā)展較為成熟，其中若年儲能技術具有儲能密度高，單位成本低，安全可靠等優(yōu)勢，可與新能源等多種形式，和并提高能源的供給，靈活運行能力是構建綠色低碳電力系統(tǒng)的重要儲能技術。

從表也可以看出，相比于其的儲能技術對于煤電機組熱熔巖儲能具有適用范圍廣，綠色環(huán)保、安全性高、壽命長，占地面積小，單位成本低等優(yōu)點，且沒有地理環(huán)境的限制，是目前大規(guī)模中高溫儲熱季度的首選。熔鹽儲能技術主要以電能和熱能、熱能兩種形式耦合于當前能源供應系統(tǒng)中，如光熱發(fā)電、集中供熱等，針對于供熱機組要滿足新能源為主的發(fā)熱發(fā)電系統(tǒng)，填補穩(wěn)定電網(wǎng)安全運行，調節(jié)消納新能源、電氣等要求，不僅解決電網(wǎng)消納新能源調峰難題，而且增強新型綠色低碳電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又為工業(yè)用戶提供綠色清潔熱源的低碳發(fā)展路徑，推動能綠色低碳發(fā)電目標的不斷前行。

公司現(xiàn)在面臨著幾個瓶頸的情況，供熱抽氣口是從鍋爐載熱器第一級載熱器出口取出的，再熱器第一級聯(lián)箱蒸汽通過背壓機實現(xiàn)對外供熱，采取被壓機可以實現(xiàn)能量的梯級利用，且減少百1%的常用電率。但是瓶頸也顯而易見，當機組深度表觀達到40%的負荷的時候，即使是供熱整體全部通過投入也只能提供大約80噸每小時的供氣，當然平均量是100噸每小時，就相當于平常的供氣高峰來說，供氣量還是不夠的，尤其是在現(xiàn)在的這種情況下，深度調峰也很平常，所以說這是供氣的瓶頸。第二個是公司兩臺機組打開深度調峰，長周期運行只能達到35%的負荷，再往下的話就面臨著最后的脫銷，所以說深度調峰的調控深度也是瓶頸。第三個是參與調頻輔助市場這一方面，經(jīng)過統(tǒng)計，每天的調節(jié)頻率大概是700~1200次，調節(jié)功率主要在±4.5兆瓦之間，相對于如果通過改變燃燒來響應調頻的話，響應速度是以幾十秒來計算的，相對于區(qū)域內的其的門店進行并沒有優(yōu)勢，這是幾個制約的條件。

有制約條件，就進行聯(lián)合西安熱工研究院進行共同探討，最終確定的熔巖儲能的方案應該是熔巖儲能，可以實現(xiàn)由電流往熱能再往熱能的轉換，再加上是供熱基礎，所以說相對于來說是最適合機組的儲能的方案。

熔巖儲能系統(tǒng)的主要材料和設備如圖中所示主要是熔融鹽，采取的是三元鹽，熔點大概是115度，實際運行溫度在200~400之間。第二個是熔巖罐，第三個換熱器、泵、電加熱器熔巖的電加熱是從機組的6000伏取電的，通過變壓器降壓，對分為4組對熔巖進行加熱，熔巖電加熱器系統(tǒng)簡單可靠，通過的供氣的需求，包括供氣的壓力、溫度、流量等方面，還有對于的調頻和調峰的需求，綜合選擇的是整個熔巖的電加熱器的工具，總共合起來是36兆瓦，儲熱量是兩個熔巖罐的儲熱量是不小的，是72兆瓦時。

這邊是現(xiàn)在實施項目的簡單的方案的系統(tǒng)圖，是分為兩個部分，是吸熱過程，是放熱過程，首先講吸熱過程，從互動可以看出，低溫熔鹽罐的低溫冷凝，當然低溫是相對來說的，也是在211℃左右，通過熔巖泵把打出來，通過電加熱器剛剛這邊是從六清基礎的6000伏取出來的降壓，其對熔巖低溫熔巖進行加熱加熱，到大概388℃之后進入高溫罐，這是吸熱過程，放熱過程高溫溶液罐的高溫熔巖通過熔巖泵進行打出，通過換熱器對出氧氣來的汽水進行換熱，變成低溫的這種已經(jīng)進入低溫罐循環(huán)，同時還有熱能的轉化是從除氧器出口下降完取出汽水，通過換熱器進行加熱，加入到260度1.1兆帕，對外供氣。比如說省調來指令要求上網(wǎng)負荷提高到605，也增加5兆瓦，直接就把電加熱器的工具通過工具控制系統(tǒng)進行調節(jié)，把電加熱器的工具從20兆瓦降到15兆瓦，在機組處理不變還是620兆瓦，上網(wǎng)的負荷就變成605兆瓦，也說可以迅速響應電網(wǎng)的指令，在機組出力不變，如果通過機組的人改變燃燒來響應的話，肯定是要個幾十秒，但是直接通過的龍巖工具控制的方法來直接把熔巖的工具直接補貼到上網(wǎng)符合上，可以實現(xiàn)毫秒級的響應，總共響應時間不超過一秒。響應進度的話肯定是在熔巖電電熱器工具范圍內，肯定是100%的精度響應，反之亦然，所以說熔鹽電加熱器的工具就控制在合適的范圍，而對于電網(wǎng)條峰的話，在深度調峰的時候可以直接把電熱電加熱器工具給堆滿，盡量多分擔一點工具，上網(wǎng)的負荷就低的。

接下來給大家匯報整個項目的進度，目前熔巖儲能幾乎都用于太陽能光熱電站除此之外缺乏大規(guī)模與煤電機組應用的案例，僅有規(guī)模較小的供暖示范項目。從2019年就感受到火電行業(yè)即將迎來重大的變革，同時也存在前文所說的工業(yè)供給和外部的深度調峰調頻之間的矛盾。所以說在2020年初就開始聯(lián)系西安熱工研究院進行工業(yè)供氣、調兵調分等，在研究過程中對比的前面所說的多種技術路線，因為供熱，所以說最終選擇熔鹽儲熱是最適合靈活性改造的技術路線，而且具有長壽命、低成本、高安全等其儲能技術不可比擬的優(yōu)勢，所以在2020年底就通過財政評審，完成項目可研，在2021年就開始進入到項目的設計階段，也組織外部專家進行層層論證，論證過程中攻克的熔巖加熱方式主要指的是蒸汽加熱和電加熱的對比，還有系統(tǒng)的費用問題，比如說電源的備用，水源的備用。系統(tǒng)啟動問題包括存在態(tài)啟動、溫態(tài)啟動、熱態(tài)啟動、系統(tǒng)運行優(yōu)化，調頻工況調、分工報和頂尖分工況，以及鍋爐汽機儲能系統(tǒng)的整體協(xié)調控制優(yōu)化等技術難題，最關鍵的還是的整體協(xié)調優(yōu)化，以保障系統(tǒng)在安全穩(wěn)定運行的情況下，實現(xiàn)輔助服務收益最大化，鍋爐氣機安全經(jīng)濟運行最大化的目標。該項目是從去年11月開始建設的，到現(xiàn)在已經(jīng)完成土建工作，正在進行設備安裝?？偘揭彩俏靼苍?，預期在4月份進行試運行，根據(jù)省內進行有鋰電池的儲能調頻改造的項目，兩臺機組的調頻收益是達到每天30萬元，對比收益的話，因為的電加熱器功率更大，所以說總投資是5000多萬元，36兆瓦，所以說預計不到一年的時間就可以收回成本。項目投資收益性較好，但是實際的收益還是要看到時候4月份具體的試運行的情況決定，也實現(xiàn)前所說的能源局要求的目標。

綜上所述，采取的熔巖儲能與煤電機組相耦合的方案，是可以實現(xiàn)單臺機組深度調控達到30%，而且顯著提高技術的調配能力，剛剛所說的也可以滿足50噸每小時的工業(yè)用氣，因為是把能量進行轉換的，電能變成熱能再變成熱能，這是簡單的收益。調頻調峰收益預計一年就可以收回成本，共性安全就不多說，也可以有效降低為基礎的調溫深度，利用干濕態(tài)轉化。項目從開始執(zhí)行就得到火電行業(yè)和光熱儲能行業(yè)的廣泛關注，被光熱發(fā)電平臺評為2021年度中國光熱發(fā)電行業(yè)十大新聞之一。所以公司和西安熱工院研究有限公司共同實施的熔鹽儲能項目是國內首例化融煤電機組和熔鹽儲能相結合的項目，實現(xiàn)都能有匹配與協(xié)調優(yōu)化，提高耦合發(fā)電系統(tǒng)的靈活性、可靠性和經(jīng)濟性。

項目現(xiàn)在已經(jīng)進入實施階段，項目團隊建立協(xié)同創(chuàng)新機制，攻克熔鹽儲熱系統(tǒng)多項技術難題，預計項目4月份進行試運行，成為國內首個熔鹽儲熱技術在火電機組的大規(guī)模工程示范的項目，為火電機組的可持續(xù)發(fā)展提供下一步的解決方案。項目研究成果前景廣闊，相關技術推廣后將進一步提高，所以這種高比例的可再生能源的消納，促進火電與規(guī)?；稍偕茉吹膮f(xié)調發(fā)展。