CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)訊：為保證新型電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健運(yùn)行，我國提出了“兩個(gè)一體化”（在風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化、源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化）并積極建設(shè)布局綜合能源大基地項(xiàng)目。在此背景下，熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)低成本、應(yīng)用場(chǎng)景靈活多變、工作溫度高等優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注，盡管目前裝機(jī)較小，但其發(fā)展速度快，應(yīng)用前景不可估量。

在2023年3月2日舉辦的中國第四屆儲(chǔ)熱大會(huì)上，中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司總工程師助理徐斌就《綜合能源基地熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)應(yīng)用》作了主題報(bào)告，詳細(xì)介紹了熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)在火電機(jī)組的深調(diào)+頂峰、退役火電機(jī)組改造為儲(chǔ)能調(diào)峰電站、退役火電機(jī)組改造為可供熱的儲(chǔ)能調(diào)峰電站三種應(yīng)用場(chǎng)景下的技術(shù)思路。

圖：中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司總工程師助理 徐斌

國內(nèi)傳統(tǒng)新能源消納當(dāng)前面臨的困難

徐斌表示，結(jié)合2021年2月25日國家發(fā)改委、國家能源局研究發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展的指導(dǎo)意見》相關(guān)要求，一體化基地在頂層設(shè)計(jì)上主要需要考慮以下原則：一是優(yōu)先新能源開發(fā)；二是加強(qiáng)一體化項(xiàng)目調(diào)節(jié)能力；三是要確保一體化項(xiàng)目及通道經(jīng)濟(jì)性好；四是保證安全可靠性高。

關(guān)于綜合能源基地存在的問題，徐斌指出主要有以下幾點(diǎn)：一是送端配套新能源電量占比偏低；二是部分點(diǎn)對(duì)網(wǎng)外送通道利用程度較低（50%-65%）；三是水電豐枯期處理差異明顯，外送通道枯期利用率低；四是送端電源互補(bǔ)協(xié)調(diào)難度大，隸屬不同，缺乏統(tǒng)籌；五是發(fā)展模式不統(tǒng)一，各方利益主體分歧大。

針對(duì)上述問題，徐斌表示當(dāng)前亟需經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)能技術(shù)，可利用存量常規(guī)電源，合理配置儲(chǔ)能，統(tǒng)籌各類電源規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營，優(yōu)先發(fā)展新能源，積極實(shí)施存量“風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化”提升，穩(wěn)妥推進(jìn)增量“風(fēng)光水(儲(chǔ))一體化”，探索增量“風(fēng)光儲(chǔ)一體化”，嚴(yán)控增量“風(fēng)光火(儲(chǔ))一體化”。

對(duì)于存量新能源項(xiàng)目，結(jié)合新能源特性、受端系統(tǒng)消納空間，研究論證增加儲(chǔ)能設(shè)施的必要性和可行性。對(duì)于增量風(fēng)光儲(chǔ)一體化，優(yōu)化配套儲(chǔ)能規(guī)模，充分發(fā)揮配套儲(chǔ)能調(diào)峰、調(diào)頻作用，最小化風(fēng)光儲(chǔ)綜合發(fā)電成本，提升綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

儲(chǔ)熱在目前儲(chǔ)能裝機(jī)中占比較小，但發(fā)展較快！

據(jù)徐斌介紹，大型的主要儲(chǔ)能形式有抽蓄、電化學(xué)和熱儲(chǔ)，根據(jù)2020年的相關(guān)數(shù)據(jù)，目前90%是抽水蓄能，7%左右是電化學(xué)，剩下的儲(chǔ)熱和壓縮空氣占2%-3%。

其中，抽水蓄能技術(shù)相對(duì)成熟、使用壽命長、功率容量大，但其對(duì)于選址的要求也相對(duì)較高，造價(jià)大概是7500元/千瓦，算是中規(guī)中矩，同時(shí)其電電轉(zhuǎn)換效率比較高，所有的能量轉(zhuǎn)換其實(shí)就是機(jī)械能——?jiǎng)菽堋娔?，效率大體是在75%左右。

電化學(xué)儲(chǔ)能具有能量密度高、循環(huán)壽命長、體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)勢(shì)，但成本較高、容量會(huì)緩慢衰退、不耐受過充過放?！半娀瘜W(xué)儲(chǔ)能電電轉(zhuǎn)換效率比較高，可以達(dá)到90%以上，但它的主要的問題是成本比較高，千瓦時(shí)造價(jià)1500元到1800元左右，造價(jià)比較高。”徐斌指出。

壓縮空氣儲(chǔ)能近些年也比較熱，它是把富余的電能將空氣進(jìn)行壓縮，分成兩個(gè)能量，一個(gè)是壓力能（勢(shì)能），另一個(gè)是在壓縮過程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生熱能，我們把熱存儲(chǔ)起來，這樣高品質(zhì)的電能就被變化成低品質(zhì)的壓力能了，所以壓縮空氣儲(chǔ)能的效率沒有抽蓄這么高。目前壓縮空氣的建設(shè)成本約在7千多塊錢每千瓦，效率在60%-70%的水平，總體和抽蓄相當(dāng)。

而熱儲(chǔ)能是把高品質(zhì)的電能轉(zhuǎn)換為低品質(zhì)的熱能，如果需要再把熱能轉(zhuǎn)換為電能效率就會(huì)比較低一些（火電效率在40%左右）。儲(chǔ)熱的特點(diǎn)就是相比其它幾種儲(chǔ)能技術(shù)成本比較低，儲(chǔ)能形式多樣，可靈活滿足不同場(chǎng)景要求，規(guī)模效應(yīng)明顯，但是一般系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。

參考上圖，徐斌表示，“這是我們做汽側(cè)儲(chǔ)能基本的思路，其中冷庫中使用的熔鹽是二元鹽（圖中藍(lán)色儲(chǔ)罐，運(yùn)行溫度290℃），我們把不用的廢電或者是需要抽的抽濕氣通過換熱器把熱量傳遞給熱庫（圖中紅色儲(chǔ)罐，工作溫度為565℃），也是常規(guī)光熱系統(tǒng)的運(yùn)行溫度。需要放熱的時(shí)候，熱庫通過換熱器把熱量傳遞給汽水系統(tǒng)變成過熱蒸汽，通過汽輪機(jī)做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，這是整套熱力學(xué)循環(huán)?！?/p>

熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)耦合火電機(jī)組的三種應(yīng)用思路

1、火電機(jī)組深調(diào)+頂峰

徐斌介紹：“在火力發(fā)電的汽水循環(huán)中，汽輪機(jī)做完功的乏汽通過冷凝器，從汽體變成液體，冷卻到液體，用給水泵把壓力加起來之后在鍋爐中吸熱變成過熱蒸汽，在汽輪機(jī)高壓缸做功，做完功再回到鍋爐吸熱，再到低壓缸或者是中壓缸做功，這就是標(biāo)準(zhǔn)的火電機(jī)組的汽水循環(huán)?！?/p>

“我們知道現(xiàn)在火電機(jī)組深調(diào)最困難是鍋爐，汽輪機(jī)往下調(diào)，調(diào)到20%問題不大，但鍋爐有最低穩(wěn)燃負(fù)荷要求（30%左右），低于這個(gè)負(fù)荷就會(huì)有很多問題，首先是干濕態(tài)轉(zhuǎn)換的問題，再下來流量太小鍋爐的水冷壁進(jìn)去的水分布就不均勻，有可能會(huì)造成個(gè)別地方局部的超溫，對(duì)鍋爐安全性有影響。

所以我們當(dāng)時(shí)想的是汽輪機(jī)要調(diào)20%沒有什么問題，從鍋爐的穩(wěn)燃負(fù)荷35%-20%之間，這15%的熱量我們抽出來用熔鹽加熱起來，將冷庫中熔鹽用熔鹽泵打起來，經(jīng)過循環(huán)存到熱庫把它存起來，這就是我們完成了一個(gè)功能深調(diào)?！毙毂笳f?！霸賮碚f下頂峰，當(dāng)大基地所有的火電機(jī)組都開起來，晚高峰沒有光伏風(fēng)電了，所有的機(jī)組都開起來還是不能滿足要求的時(shí)候，這時(shí)候就有了頂峰的要求，就會(huì)再上一臺(tái)小機(jī)，用于頂上晚上兩三個(gè)小時(shí)晚高峰的用電需要?！?/p>

就該技術(shù)思路的效率來看，徐斌介紹道：“通過模擬計(jì)算，電電效率現(xiàn)在算出來是50%-60%，這個(gè)效率還是可以的；因?yàn)槲覀儧]有能源從高品質(zhì)到低品質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程，直接把火電的蒸汽以熱能形式進(jìn)行存儲(chǔ)，然后被存儲(chǔ)熱能最后還回到氣體循環(huán)去做功，所以沒有能源品質(zhì)轉(zhuǎn)換的過程，所以效率還是可以的?！?/p>

投資方面，徐斌以2x660MW機(jī)組為例進(jìn)行了介紹，在提供4h200MW出力的條件下，系統(tǒng)總費(fèi)用為約7億元，以單位kW計(jì)算，全廠總單位造價(jià)為約3500元/kW。單就儲(chǔ)熱系統(tǒng)來說，配置了約2300MWh的熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要包括熔鹽和熔鹽儲(chǔ)罐，這部分費(fèi)用約2.7億元，以單位kWh計(jì)算，儲(chǔ)能部分的單位造價(jià)為120元/kWh，約占總投資的38%。

徐斌對(duì)此解釋道：“單位千瓦造價(jià)3500塊錢，這是加了增容小機(jī)和冷卻系統(tǒng)和小機(jī)系統(tǒng)情況下，如果不考慮小機(jī)的情況下光有熔鹽系統(tǒng)，造價(jià)200塊錢左右/kWh，現(xiàn)在整個(gè)熔鹽系統(tǒng)造價(jià)提高了，在300-400塊錢/kWh。對(duì)比來看，熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)效率雖然不如電化學(xué)，但是電化學(xué)造價(jià)約1000元/kWh，造價(jià)方面具有很大優(yōu)勢(shì)的熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)也有自身應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和場(chǎng)景。”

2、退役火電機(jī)組改造為儲(chǔ)能調(diào)峰電站

退役火電機(jī)組改造為儲(chǔ)能調(diào)峰電站（如下圖所示，黃色區(qū)域是鍋爐，粉色區(qū)域是汽機(jī)），針對(duì)需要退役的機(jī)組我們可以還利用原有的熱網(wǎng)，只是將鍋爐部分刪掉，新建熔鹽電加熱系統(tǒng)，利用低谷電/棄電為熱源，在需要的時(shí)候把熱存起來進(jìn)入熱罐，需要調(diào)峰的時(shí)候熱量通過換熱器變成蒸汽，然后推動(dòng)汽輪機(jī)做功。

徐斌指出，現(xiàn)在一些在建的光熱電站也計(jì)劃配置電加熱器，因?yàn)楣鉄犭姀S的電價(jià)補(bǔ)貼沒有了，在綜合能源基地中像新疆以1：9配新能源——1份光熱配9份新能源；大家為了新能源指標(biāo)還要配光熱，但考慮到盈利性大家都盡量把成本最高的鏡場(chǎng)的成本往小去壓，但是儲(chǔ)能的時(shí)長又是國家規(guī)定好的，所以鏡場(chǎng)和儲(chǔ)能就不匹配了?，F(xiàn)在通過加一些熔鹽電加熱系統(tǒng)，如果整個(gè)綜合能源基地現(xiàn)在出現(xiàn)棄電，就可以把棄電變成熱再回去。

以2*300MW系統(tǒng)為例進(jìn)行了介紹（如上圖），左側(cè)是1號(hào)機(jī)，右側(cè)是2號(hào)機(jī)，儲(chǔ)熱量是6000MWh，改造目標(biāo)是調(diào)峰4h；占地方面是利用原有鍋爐及其輔機(jī)區(qū)域能夠滿足熔鹽罐和換熱器用地需要，同時(shí)利用原有煤倉間區(qū)域布置電加熱器。

徐斌表示：“效率方面，高品質(zhì)的電能變成低品質(zhì)的熱效率很高，幾乎沒有什么損失，97%都是電損失；而從低品質(zhì)的熱回到高品質(zhì)的電損失很大，我們超高機(jī)組熱電效率可以達(dá)到45-46%，亞臨界機(jī)組要低一些，能量利用率大概在40%左右，整體方案造價(jià)920元/kW。”

3、退役火電機(jī)組改造為可供熱的儲(chǔ)能調(diào)峰電站

第三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是將退役火電機(jī)組改造成可供熱的儲(chǔ)能調(diào)峰電站，即利用退役/關(guān)停機(jī)組改造為可供熱的儲(chǔ)能電站，提高整體循環(huán)效率。

徐斌表示：“如上邊的介紹，在綜合能源基地里面將棄電結(jié)合電加熱然后再根據(jù)需要調(diào)峰的效率太低了，只有40%左右，怎么樣才能盈利？我們給業(yè)主算過，利用熔鹽電加熱器必須2.5度電進(jìn)來才能出1度電進(jìn)去，波峰波谷之間的價(jià)差要達(dá)到2倍以上才有可能盈利，而且這還沒有算投入；如果回收的棄電必須重新變到電去，必須波峰波谷的價(jià)差要達(dá)到一定的程度才可以盈利?！?/p>

徐斌指出：“如果綜合能源基地還有供熱的需求就不一樣了，這種情況下能源利用效率可以達(dá)到很高。我們可以看到還是這個(gè)系統(tǒng)，我們用背壓機(jī)替代純凝機(jī)組（循環(huán)水的水溫相應(yīng)會(huì)提高），把循環(huán)水儲(chǔ)存起來后然后再利用循環(huán)水去供熱，這樣冷端的損失就沒有了。我們可以看到這種情況下能源利用效率達(dá)到85%以上，相比第二種應(yīng)用場(chǎng)景投資每千瓦也就多了60塊錢，只是多了熔鹽罐和汽輪機(jī)高背壓改造的成本。”