1、前言

在全球氣候變暖和不可再生能源日漸枯竭的背景下，隨著國家雙碳戰(zhàn)略的落地，國家大力發(fā)展太陽能、風(fēng)能等可再生能源。

太陽能、風(fēng)能的不穩(wěn)定性以及末端用能的周期性峰谷波動(dòng)，造成可再生能源利用效率不高。為適應(yīng)清潔可再生能源發(fā)電的特點(diǎn)，需要有配套儲(chǔ)能系統(tǒng)來解決能源供給與需求在時(shí)間、空間、強(qiáng)度上的不匹配問題，即在電能較多時(shí)將電能儲(chǔ)存于儲(chǔ)能系統(tǒng)中，在電能不足時(shí)通過儲(chǔ)能系統(tǒng)來發(fā)電對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電能補(bǔ)充。

按照時(shí)長要求的不同，儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景大致可以分為容量型（≥4h）、能量型（約1～2h）、功率型（≤30min）和備用型（≥15min）四類。

容量型儲(chǔ)能：場(chǎng)景包括削峰填谷或離網(wǎng)儲(chǔ)能等

能量型儲(chǔ)能：具有調(diào)峰、調(diào)頻和緊急備用等多重功能

功率型儲(chǔ)能：主要用于調(diào)頻等

備用型儲(chǔ)能：可作為不間斷電源提供緊急電力

按應(yīng)場(chǎng)景劃分的儲(chǔ)能類型

在已知的清潔能源中，太陽能無疑是目前地球上可以開發(fā)的、儲(chǔ)量最多的可再生能源。但因受到季節(jié)分布和能耗需求不匹配的影響較大，如何將夏季的太陽能等熱能儲(chǔ)存于儲(chǔ)熱介質(zhì)中，在冬季將熱量釋放出來用于供暖，達(dá)到夏儲(chǔ)冬用的理想狀態(tài)，成為當(dāng)前行業(yè)主要研究發(fā)展方向。

當(dāng)前，能量型儲(chǔ)能可以一定程度上緩解棄電現(xiàn)象，但不能完全實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”，而采用容量型儲(chǔ)能可以更好調(diào)節(jié)電力供需，同時(shí)可以更加充分利用峰谷電價(jià)提高利潤。因此，容量型儲(chǔ)能成為了未來新型電力系統(tǒng)的重要方向。

熔鹽在各類劃分標(biāo)準(zhǔn)下的表現(xiàn)

在容量型儲(chǔ)能的諸多儲(chǔ)熱介質(zhì)之中，熔鹽具有儲(chǔ)熱密度大、黏度低、成本低、壽命長和效率高等方面的性能優(yōu)勢(shì)，成功脫穎而出。

2、什么是熔鹽儲(chǔ)熱

熔鹽是鹽類熔化形成的熔體，是由陽離子和陰離子組成的離子熔體。我們通常所說的熔鹽是指無機(jī)鹽的熔體，如堿金屬、堿土金屬的鹵化物以及硝酸鹽、硫酸鹽等的熔體。廣義的熔鹽還包括氧化物熔體和熔融有機(jī)物。

熔鹽在標(biāo)準(zhǔn)溫度和大氣壓下為固態(tài)，而在溫度升高到一定程度之后轉(zhuǎn)化為液態(tài)。在特定的傳熱儲(chǔ)熱場(chǎng)合，可以根據(jù)工藝技術(shù)要求來選取不同類別的熔鹽單體，也可以按照一定比例通過復(fù)配方式來制成性能穩(wěn)定的混合共晶鹽，以完成特定的傳熱儲(chǔ)熱任務(wù)。

看似普通的熔鹽

如果利用棄風(fēng)、棄光的電能以及“低谷電”來加熱熔鹽，從而把這些電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艽鎯?chǔ)起來，在用電高峰時(shí)再把這些熱能利用起來，這樣就可以通過供熱系統(tǒng)來替代燃煤（或天然氣）鍋爐進(jìn)行供暖了。這樣既提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，又改善了大氣環(huán)境，同時(shí)還可以緩解氣荒和降低運(yùn)營成本。

熔鹽儲(chǔ)能熱電解耦系統(tǒng)原理

3、熔鹽儲(chǔ)熱的優(yōu)勢(shì)有哪些

在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)，熔鹽始終保持液態(tài)，吸收電能、輻射能等能量，當(dāng)環(huán)境溫度低于熔鹽溫度時(shí)，再將熱能釋放出來，從而實(shí)現(xiàn)在升溫或降溫過程中的溫差存儲(chǔ)熱能。

因具有較寬液體溫度，儲(chǔ)熱溫差大、儲(chǔ)熱密度高、傳熱性能好、工作狀態(tài)穩(wěn)定、成本低等優(yōu)勢(shì)，適合大規(guī)模儲(chǔ)熱，單機(jī)可實(shí)現(xiàn)100兆瓦時(shí)以上的儲(chǔ)熱容量，成為儲(chǔ)能界一匹“黑馬”。

綜合來講，熔鹽儲(chǔ)熱優(yōu)勢(shì)具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）儲(chǔ)熱功率大，可以實(shí)現(xiàn)百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能。例如甘肅省金昌市高溫熔鹽儲(chǔ)能綠色調(diào)峰電站儲(chǔ)能規(guī)模達(dá)到600MW/3600MWh；

（2）儲(chǔ)熱時(shí)間長，可以實(shí)現(xiàn)單日10h以上的儲(chǔ)熱能力。敦煌百兆瓦熔鹽塔式光熱電站的熔鹽儲(chǔ)熱時(shí)間可以達(dá)到11個(gè)小時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)前2-4小時(shí)的配儲(chǔ)比例要求；

（3）儲(chǔ)熱參數(shù)高，熔鹽儲(chǔ)熱溫度可達(dá)595℃或更高，放熱蒸汽參數(shù)可以達(dá)到亞臨界參數(shù)，能驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電；

（4）儲(chǔ)熱速度快，可以滿足負(fù)荷大幅度波動(dòng)的調(diào)節(jié)需求；

（5）儲(chǔ)熱效率高，接近抽水蓄能綜合效率，能耗低；

（6）使用壽命長，熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)使用壽命可達(dá)30年以上；

（7）系統(tǒng)運(yùn)行靈活，模塊化設(shè)計(jì)，儲(chǔ)熱功率模塊和容量模塊相互獨(dú)立，儲(chǔ)熱過程和發(fā)熱過程相互獨(dú)立，運(yùn)行靈活，且可根據(jù)需求定制儲(chǔ)熱方案；

（8）運(yùn)行安全可靠，帶有二元硝酸鹽的儲(chǔ)熱是一種安全性較高的儲(chǔ)熱方式。自1982年4月美國SOLAR ONE以來，全球669萬千瓦的太陽能熱發(fā)電裝機(jī)還未發(fā)生過類似鋰電爆炸等安全性事故，是一種高安全性的儲(chǔ)能方式；

（9）環(huán)保安全，不產(chǎn)生污染排放。

4、熔鹽儲(chǔ)熱的應(yīng)用領(lǐng)域與案例

熔鹽是通過儲(chǔ)存熱量的方式來儲(chǔ)存能量的，如果需要儲(chǔ)存的是電能，那整個(gè)流程中需要完成“電能——熱能——電能”的轉(zhuǎn)換，效率很低；

如果需要存儲(chǔ)的是熱能，在升溫和降溫過程中的溫差實(shí)現(xiàn)熱能存儲(chǔ)，整個(gè)過程是“熱能-電能”的轉(zhuǎn)換，當(dāng)需要發(fā)電時(shí)，高溫罐熔鹽可以泵出，與水換熱產(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，損耗低、效率高。

熔鹽儲(chǔ)能可應(yīng)用在采用熱能發(fā)電的場(chǎng)景中，如光熱發(fā)電、火電廠改造等；或者應(yīng)用在終端能量需求為熱能而非電能的場(chǎng)景，如清潔供熱。

1）光熱發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用：熔鹽將儲(chǔ)熱和傳熱介質(zhì)合為一體，簡化電站系統(tǒng)組成。作為光熱發(fā)電的配套儲(chǔ)能設(shè)施，熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)可提高太陽能的利用率，減少功率波動(dòng)，促進(jìn)電網(wǎng)穩(wěn)定輸出。對(duì)于光熱發(fā)電來說，應(yīng)用較多的為二元熔鹽。常用的二元熔鹽為60%的硝酸鈉和40%的硝酸鉀的混合物。

2）為工業(yè)生產(chǎn)提供熱能：熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的熱能利用效率高，可實(shí)現(xiàn)余熱、廢熱的回收利用，為工業(yè)園區(qū)的食品加工、紡織等企業(yè)提供穩(wěn)定持續(xù)的蒸汽、熱風(fēng)等高品質(zhì)熱源。

3）發(fā)電站中儲(chǔ)能：在火電廠加裝熔鹽儲(chǔ)熱設(shè)備，可將其改造為儲(chǔ)能調(diào)峰電站，靈活輸出電力，儲(chǔ)熱可轉(zhuǎn)化成蒸汽為用戶供熱，提高電廠經(jīng)濟(jì)效益。

5、熔鹽儲(chǔ)熱的未來發(fā)展前景

當(dāng)前，在我國“30·60”雙碳目標(biāo)引領(lǐng)下，在充分利用綠色能源，自然無限量能量，也就是所說的跨季節(jié)儲(chǔ)熱方面，太陽能和風(fēng)能利用具有很大的發(fā)展?jié)摿凸こ虄r(jià)值。

我國目前建成規(guī)模最大、吸熱塔最高、可24小時(shí)連續(xù)發(fā)電的100兆瓦級(jí)熔鹽塔式光熱電站——甘肅敦煌100兆瓦熔鹽塔式光熱電站，在占地7.8平方公里的發(fā)電站廠區(qū)內(nèi)，140多萬平方米的定日鏡以同心圓狀圍繞著260米高的吸熱塔。

白天定日鏡就會(huì)將光線反射集中到吸熱塔頂部，對(duì)熔鹽進(jìn)行加熱，其中一部分熱熔鹽進(jìn)入蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)產(chǎn)生過熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，一部分熱量存儲(chǔ)在熔鹽罐中，為夜晚滿負(fù)荷發(fā)電積蓄能量。

通過聚光吸熱、儲(chǔ)能換熱等環(huán)節(jié)，這座電站年發(fā)電量達(dá)3.9億千瓦時(shí)，每年可減排二氧化碳35萬噸，釋放相當(dāng)于1萬畝森林的環(huán)保效益，同時(shí)可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益3億至4億元。

該項(xiàng)目的成功并網(wǎng)投產(chǎn)，意味著中國光熱發(fā)電企業(yè)已掌握建設(shè)大規(guī)模熔鹽塔式光熱電站的核心技術(shù)，也為中國光熱發(fā)電企業(yè)立足國內(nèi)、邁向國際新能源市場(chǎng)積累了雄厚的技術(shù)儲(chǔ)備，是我國光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上重要的里程碑。

國家首批利用太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目——新疆首個(gè)光熱發(fā)電示范項(xiàng)目，由中國能建承建的新疆哈密熔鹽塔式50MW光熱發(fā)電站，該項(xiàng)目首創(chuàng)了雙熱熔罐的配置，高效利用吸熱塔中的熔鹽吸收太陽光熱量，將約290攝氏度的熔鹽加熱成565攝氏度的高溫熔鹽，再經(jīng)過熱能交換產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，

并配置13小時(shí)儲(chǔ)熱系統(tǒng)，確保機(jī)組24小時(shí)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，提高了機(jī)組的可靠性和靈活性。

該項(xiàng)目每年可提供1.98億度的清潔電力，對(duì)促進(jìn)太陽能熱發(fā)電國產(chǎn)化進(jìn)程、改善地區(qū)能源結(jié)構(gòu)、帶動(dòng)當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義。

同類型的工程，目前有世界上投資規(guī)模最大、裝機(jī)容量最大、熔鹽罐儲(chǔ)熱量最大的“光熱+光伏”混合發(fā)電項(xiàng)目，也是“一帶一路”建設(shè)的典型工程——阿聯(lián)酋迪拜950兆瓦光熱光伏電廠項(xiàng)目，占地面積44平方公里，相當(dāng)于6000多個(gè)足球場(chǎng)大，實(shí)現(xiàn)了“光熱發(fā)電技術(shù)”和“光伏發(fā)電技術(shù)”的結(jié)合，通過塔式和槽式光熱機(jī)中安裝的7萬片集熱鏡，將大面積的陽光反射并匯聚到太陽能收集裝置，在太陽能的加熱下，收集裝置中的熔鹽升溫并熔化為液體，流入高溫熔鹽罐中儲(chǔ)存。

需要發(fā)電時(shí)，高溫熔鹽罐中的熔鹽將水加熱形成蒸汽帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。與普通光伏電站僅能在光照充足時(shí)工作不同，該光熱電站項(xiàng)目的一大特點(diǎn)是能夠大量儲(chǔ)存陽光充沛時(shí)產(chǎn)生的熱能，并在夜間或陰天時(shí)提供穩(wěn)定的電力，做到24小時(shí)連續(xù)穩(wěn)定地將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。項(xiàng)目建成后可為迪拜32萬戶家庭提供綠色能源，每年可減少160萬噸碳排放。

還有目前世界最大容量的熔鹽塔式光熱電站——摩洛哥努奧三期項(xiàng)目，坐落在1430公頃荒漠地帶中，有65萬塊光伏鏡面裝置，該項(xiàng)目不僅是中摩‘一帶一路’建設(shè)最大的合作項(xiàng)目，也是摩洛哥境內(nèi)最大的工程項(xiàng)目。規(guī)劃項(xiàng)目完全建成后，供應(yīng)摩洛哥近50%的電力需求，擺脫其能源困境。

熔鹽以其獨(dú)特的儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)，迅速成為新能源發(fā)展中的一顆新星?！坝名}取暖”方興未艾，“用鹽發(fā)電”已成為光熱電站的標(biāo)準(zhǔn)配置。熔鹽儲(chǔ)能可以參與火電機(jī)組靈活性改造、利用谷電加熱熔鹽蓄熱工業(yè)供汽、利用谷電加熱熔鹽蓄熱集中供暖（“煤改電”）、利用棄風(fēng)、棄光電加熱熔鹽蓄熱供暖、工業(yè)余熱利用等，熔鹽儲(chǔ)熱還可用于海水淡化、稠油開采、電網(wǎng)移峰填谷、分布式能源等多個(gè)領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。

在“30 60”雙碳目標(biāo)背景下，發(fā)展以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)成為我國能源行業(yè)的時(shí)代需要。新型儲(chǔ)能是支撐構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，對(duì)推動(dòng)能源綠色轉(zhuǎn)型和保障能源安全具有重要意義，已成為大局所需、大勢(shì)所趨、行業(yè)所向，正迎來規(guī)?；⑷诤匣?、數(shù)字化發(fā)展的大潮。