10月25日，由ESPLAZA長時儲能網(wǎng)、CHPLAZA清潔供熱平臺主辦，湖州工業(yè)控制技術研究院與浙江綠儲科技有限公司聯(lián)合主辦，內(nèi)蒙古梅捷新能源科技有限公司冠名贊助的2024第五屆中國儲熱大會在浙江湖州盛大召開，西安熱工研究院汽輪機靈活運行技術研究所副所長王偉出席會議，對熔鹽儲熱耦合煤電機組提升靈活性改造技術進行分析，并分享了典型案例。

圖：王偉

一、項目背景

截止2023年底，全國發(fā)電總裝機容量29.2億千瓦，非化石能源達14.7億千瓦，非化石能源發(fā)電裝機首次超過火電裝機規(guī)模，占總裝機容量比重首次超過50%，火電13.9億千瓦，其中煤電11.6億千瓦，占總裝機的39.9%，煤電裝機占比首次降至40%以下，但提供了接近60%的電量和70%以上的調(diào)峰任務。

如下圖所示，新型能源體系中，煤電仍是電力安全保障的“壓艙石”，承擔基礎保障的“重擔”。

二、火電機組靈活性技術需求分析

近年來一直在強調(diào)煤電“三改聯(lián)動”，即：節(jié)能、供熱和靈活性三部分?？梢灶A期，隨著電源結構的改變，煤電機組靈活性改造進程必將加快。

什么是靈活性？王偉表示，煤電機組靈活性主要是：深度調(diào)峰、快速爬坡和快速啟停?？焖賳⑼Ｊ歉脑斓慕K極目標，也就是啟停調(diào)峰。就目前情況而言，靈活性目標中的首要目的是降低機組最小技術出力；其次是爬坡速率；再次是快速啟停。

靈活發(fā)電技術體系主要有熱電解耦技術、深度調(diào)峰技術、儲能調(diào)峰/調(diào)頻技術三種。

面對高比例新能源長時間運行，在新型儲能系統(tǒng)規(guī)?；瘧弥?，煤電將仍在相當長時期扮演著“穩(wěn)定器”的作用。雙碳目標已成為煤電產(chǎn)業(yè)的主要約束，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設則需要煤電支撐，但主導地位將不斷弱化，最終將長期處于“大容量、小電量、煤電+綜合能源服務”的運營模式。

未來，煤電機組要成為怎么樣的電源？在整個電網(wǎng)里面承擔什么樣的角色？王偉表示，煤電機組要成為有價值的調(diào)節(jié)性電源，要走向更安全、更低碳、更靈活、更多元、更高效、以及綜合能源服務，通過充分挖掘機組自身潛力，增加儲熱儲能，從而實現(xiàn)0-100%之間的功率可調(diào)，達到5-6%Pe/min的變負荷速率。

三、儲能技術研究現(xiàn)狀

王偉表示，電網(wǎng)對于煤電機組靈活性的需求是逐年快速增加的，煤電機組由于自身的調(diào)節(jié)特性，尤其是供熱機組，靈活性調(diào)節(jié)能力受限。電網(wǎng)對于對煤電靈活性的迫切需求和其自身靈活性能力不足之間的矛盾日益突出。

儲能技術的意義在于可改變電能生產(chǎn)、輸送和使用同步完成的模式，實現(xiàn)能源在時間維度上的錯時利用。熔鹽儲熱技術具有高安全、低成本、大規(guī)模、長壽命、易回收等特點，應用于提高煤電機組靈活性及高參數(shù)工業(yè)供汽等方面有獨特的優(yōu)勢。

王偉表示，西安熱工研究院近幾年對熔鹽儲熱技術領域的攻關及科技研發(fā)極為重視，形成了完備的知識產(chǎn)權族群，目前僅熔鹽儲熱相關發(fā)明專利申請數(shù)達348項，位列國內(nèi)第一，積累了大量的知識產(chǎn)權，形成了較為完備的知識產(chǎn)權，為技術快速推廣打下堅實的基礎。

四、熔鹽儲熱技術應用研究

熔鹽儲熱與煤電機組耦合分為以下三個環(huán)節(jié)：

1、加熱環(huán)節(jié)：可采用蒸汽加熱或電加熱的方案；蒸汽加熱可以考慮主、再熱蒸汽加熱方案，電加熱考慮從高廠變、高公變或者發(fā)電機出口取電。

2、儲熱環(huán)節(jié)：低溫熔鹽維持在200℃左右，每天溫降不超過1℃；高溫熔鹽維持在400℃左右，每天溫降不超過2℃。

3、放熱環(huán)節(jié)：正常運行工況采用機組除氧器出口作為水源；事故工況（雙機停運）使用除鹽水作為應急水源，產(chǎn)生的蒸汽可以去工業(yè)供汽或者采暖供汽。

調(diào)頻方式：電加熱器可以作為可控負載，全天小功率運行輔助機組調(diào)頻（同時響應一次調(diào)頻+AGC）；

深調(diào)方式：蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和電加熱器滿功率運行，一方面賺取調(diào)峰容量補貼（應對測試），一方面減少現(xiàn)貨低價電上網(wǎng)。

頂峰方式：蒸汽發(fā)生系統(tǒng)滿功率運行，蒸汽加熱器和電加熱器不運行或者小功率運行，保證機組發(fā)電多上網(wǎng)，多發(fā)高價電，增加頂峰收益。

熔鹽儲熱耦合新能源發(fā)電技術

王偉表示，對于新能源發(fā)電存在上網(wǎng)困難的地區(qū)，可以采用風光棄電（或者現(xiàn)貨交易市場的低谷電）加熱熔鹽，將熱量儲存在熔鹽當中。對于有用電需求或者政策允許的區(qū)域，可以設置汽輪發(fā)電機組，熔鹽儲熱系統(tǒng)的熱量最終以電的方式再供出。汽輪機全天極低功率運行，當電網(wǎng)需要高負荷時，汽輪發(fā)電機組滿發(fā)，多發(fā)高價電。根據(jù)不同新能源基地的配儲及用電需求，設定不同的熔鹽加熱功率、儲熱容量、汽輪發(fā)電機組功率。熔鹽電加熱系統(tǒng)以及汽輪發(fā)電機組可以作為獨立儲能電站和靈活性電源參與電網(wǎng)的輔助服務（調(diào)頻、調(diào)峰等），獲取收益。

工業(yè)園區(qū)熔鹽儲熱綜合能源供給技術

對于有工業(yè)供汽、供冷、供暖區(qū)域的工業(yè)園區(qū)，可以利用熔鹽儲熱對外供熱實現(xiàn)冷熱汽三聯(lián)供。采用風光棄電（或者現(xiàn)貨交易市場的低谷電）加熱熔鹽，將熱量儲存在熔鹽當中；利用熔鹽儲熱對外供工業(yè)蒸汽或者夏季供冷、冬季供熱。熔鹽電加熱系統(tǒng)（可空負載、用戶側調(diào)節(jié)）可以作為獨立儲能電站參與電網(wǎng)的輔助服務（調(diào)頻、調(diào)峰等），獲取收益。

王偉展示了8種不同的熔鹽儲熱與煤電機組的耦合方式，并對蒸汽加熱和電加熱進行了較為細致的對比，得出主要結論為：

蒸汽加熱熱效率高，但在煤電機組熱力系統(tǒng)中，抽取高參數(shù)大流量蒸汽工程上難以實現(xiàn)，機組深度調(diào)峰時反而無法大流量抽汽；

蒸汽加熱僅利用顯熱部分時，成本增幅較高；

蒸汽加熱利用潛熱部分時，加熱熔鹽溫度受限；

蒸汽系統(tǒng)與熔鹽系統(tǒng)的耦合造成整體系統(tǒng)運行復雜性升高，運行可靠性降低；

蒸汽加熱系統(tǒng)的靈活性相對較低。

電加熱系統(tǒng)熱效率較低，可大幅提高機組調(diào)峰深度、調(diào)頻性能；

電加熱系統(tǒng)靈活性較高；

電加熱可提高工業(yè)供汽可靠性；

電加熱具備啟動鍋爐的功能。

五、典型案例

王偉就國內(nèi)已投運的3個典型項目（已投運的前三個雙罐熔鹽儲熱耦合煤電機組項目）的技術路線、項目收益等進行分享。

▌國信靖江示范項目（2022年12月投運）

王偉表示，該項目主要有調(diào)峰、頂峰、調(diào)頻、安全供汽和啟動鍋爐五方面的功能。

該項目通過在2×USC660MW機組機組耦合40MW/80MWht熔鹽儲熱系統(tǒng)，實現(xiàn)深度調(diào)峰與工業(yè)供汽的深度解耦；大幅提高機組的快速調(diào)頻能力；在原有CCS控制的基礎之上實現(xiàn)機-爐-儲的聯(lián)合協(xié)同控制，利用儲能響應電網(wǎng)調(diào)整需求，鍋爐以最安全穩(wěn)定的方式運行，汽輪機以最經(jīng)濟的方式運行；具備功能優(yōu)異的啟動鍋爐功能。

江蘇方天電力技術有限公司為國信靖江示范項目進行4個實驗，結果表明：

1）電能質(zhì)量合格，無不良影響；

2）變負荷速率實測值為3.91%Pe/min，遠高于電網(wǎng)要求的1.5Pe%/min；AGC調(diào)節(jié)精度在0.11%（0.66MW）以內(nèi)，明顯優(yōu)于電網(wǎng)要求的0.5%（3.3MW）；

3）一次調(diào)頻響應指標完全滿足電網(wǎng)要求，可免除考核。

4）調(diào)峰考核試驗，在解決機組工業(yè)熱電解耦的前提（機組負荷從50%Pe降低至30%Pe穩(wěn)燃負荷）下，將機組負荷進一步降低至25.65%Pe，深度挖掘了示范機組的深度調(diào)峰能力。

據(jù)江蘇省電力報報道，2023年4月14日，國信靖江發(fā)電公司配套的熔鹽儲熱項目首次參與江蘇電力深度調(diào)峰輔助服務市場，額外增加了4萬千瓦的調(diào)節(jié)能力，標志著江蘇省深度調(diào)峰輔助服務市場進入“火儲聯(lián)調(diào)”新階段。

王偉表示，熔鹽儲熱系統(tǒng)的使用壽命不低于30年，無循環(huán)次數(shù)的限制；示范項目每天的調(diào)頻次數(shù)達到了1500次，累計超過100萬次；平均每天參與深度調(diào)峰2h。熔鹽儲熱耦合煤電機組參與調(diào)頻，僅投運5MW可控負載，機組Kp值由2提升至7~9，提升至原來的300%以上。

如下圖所示，黑色：目標功率指令（AGC）；黃色：一次調(diào)頻頻差功率；藍色：熔鹽儲能功率；紅色：機組實發(fā)功率；綠色：火儲聯(lián)合功率。

王偉表示，本項目投運后國信靖江電廠的兩臺機組的調(diào)頻能力和調(diào)峰深度顯著提升，目前項目已經(jīng)收回全部成本，即不到兩年的投資回收期，項目盈利能力非常強。

▌濟寧華源熱電示范應用工程（2024年6月投運）

濟寧華源熱電廠熔鹽儲熱項目于2024年6月30日順利投產(chǎn)，是全國首套汽、電聯(lián)合加熱的熔鹽儲熱系統(tǒng)。

項目通過在2×350MW機組耦合50MW/100MWht熔鹽儲熱系統(tǒng)，在1、2號機組配置一套“蒸汽+電”聯(lián)合加熱熔鹽儲熱系統(tǒng)，接入機組的中溫再熱器出口聯(lián)箱（原背壓機汽源）和6kV高壓廠用電系統(tǒng)實現(xiàn)深度調(diào)峰與工業(yè)供汽的深度解耦，實現(xiàn)功能：

調(diào)峰：供汽1.5MPa、300℃、75t/h，深調(diào)30%，頂峰100%；

調(diào)頻：AGC指標K值提升至4以上，調(diào)頻“雙機聯(lián)調(diào)”；

備用汽源和啟動鍋爐：環(huán)保、快速且免維護。

考核試驗及收益分析

9月21日至9月28日委托第三方山東電科院對熔鹽儲熱項目進行了項目熱力考核試驗，主要包括加熱功率、儲熱容量、最大蒸汽流量試驗，各項指標均優(yōu)于設計要求。根據(jù)10月份項目運行情況，項目收益超過了前期可研的預期，預計3年內(nèi)可收回成本。

山東電網(wǎng)低電價數(shù)據(jù)分析

電網(wǎng)是不是負電價？負電價持續(xù)多長時間？王偉表示，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，山東2023年每個月都會出現(xiàn)負電價，負電價均價如下所示：

王偉總結道，全年的8600h中，出現(xiàn)了978h的負電價，平均電價-0.066元/kWh；出現(xiàn)了1005h的低電價，平均電價0.072元/kWh；0.6元/kWh以上電價800h，0.8元/kWh以上電價200h。

▌華能海門示范應用（2024年9月投運）

2024年9月29日，全國首套百萬機組熔鹽儲熱示范項目順利投產(chǎn)，實測k值最高可達到1.5。

該項目通過在4×USC1000MW機組機組耦合60MW/120MWht熔鹽儲熱系統(tǒng)，在1、2號機組和3、4號機組分別配置一套“二拖一”30兆瓦熔鹽儲熱的電加熱系統(tǒng)，接入機組的6kV高壓廠用電系統(tǒng)實現(xiàn)深度調(diào)峰與工業(yè)供汽的深度解耦，實現(xiàn)功能：

深調(diào)：供汽3.0MPa、300℃、90t/h，深調(diào)至＜40%；

調(diào)頻：AGC指標K值提升至1.3以上，調(diào)頻“四機聯(lián)調(diào)”；

備用汽源和啟動鍋爐：環(huán)保、快速且免維護。

六、項目團隊與工作基礎

近幾年，西安熱工研究院項目研究團隊在煤電靈活性提升領域開展多項國家級科技攻關和示范項目，獲得豐富的科研成果，并與行業(yè)內(nèi)知名高校和科研單位建立了深厚的合作基礎，目前在研國家重點研發(fā)計劃2項，省級重點研發(fā)計劃3項。

2023年華能集團公司原則同意將“熔鹽儲熱耦合煤電機組調(diào)頻調(diào)峰及安全供汽系統(tǒng)”評定為華能集團公司首臺（套）重大技術裝備，并在后續(xù)相關項目進行示范應用。另外，該技術獲得了2023年華能集團科學技術進步獎一等獎。

2024年7月2日中國科協(xié)發(fā)布“科創(chuàng)中國”系列榜單，共計230項入榜項目。西安熱工研究院有限公司研發(fā)的“熔鹽儲熱耦合煤電機組調(diào)頻調(diào)峰及安全供汽技術”成功入選中國科協(xié)2023年“科創(chuàng)中國”系列榜先導技術的項目。先導技術榜遴選出具有產(chǎn)業(yè)先導意義和廣闊市場前景的前沿技術，助力科技創(chuàng)新引領產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

王偉表示，目前該項目團隊已完成熔鹽儲熱耦合煤電機組改造項目可行性研究20余項、項目建議書50余項、完成示范工程3項。熔鹽儲熱技術科技成果轉(zhuǎn)化取得了重大突破，有效提升了示范機組的盈利能力，可有力保障“雙碳”背景下用電靈活、用汽安全。