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隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設的推進，光伏、風電等可再生能源發(fā)電將會迎來高速發(fā)展。而“十四五”期間將是我國實現(xiàn)碳達峰的關鍵期，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、承擔深度調(diào)峰壓力巨大的新形勢下，儲能技術無疑是有效緩解大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)壓力的一種有效技術手段。

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

純太陽能光熱發(fā)電

在純太陽能熱發(fā)電領域，儲熱是核心技術之一。目前，國際上已經(jīng)建成運行和正在建設的純太陽能熱電站大多配置了儲熱系統(tǒng)。用于光熱發(fā)電的儲熱系統(tǒng)以熔融鹽儲熱為主，儲熱溫度可達500℃以上。儲熱系統(tǒng)的引入進一步提高了純太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中太陽能貢獻度，優(yōu)化了系統(tǒng)性能，以50MW太陽能光熱塔式發(fā)電項目為例，有研究者分析了是否配備儲熱系統(tǒng)時電站性能情況。可見，配備儲熱系統(tǒng)時的電站性能明顯優(yōu)于無儲熱系統(tǒng)。

圖：50MW光熱發(fā)電機組搭配儲熱前后性能對比

太陽能光熱-化石燃料互補發(fā)電

純太陽能熱發(fā)電可以實現(xiàn)完全清潔發(fā)電，但對設備要求較高且裝機容量受限，因此有研究者設計了太陽能與化石燃料互補的發(fā)電技術。太陽能與化石燃料熱互補發(fā)電做到了太陽能光熱和化石燃料的取長補短，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能輻照頻繁波動對太陽能側發(fā)電量的影響；另一方面由于耦合了太陽能，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)境問題，也有效解決了太陽能利用不穩(wěn)定和發(fā)電成本高等問題。因此，太陽能與化石燃料互補發(fā)電系統(tǒng)是目前解決太陽能高效利用的重點發(fā)展方向。

圖：配置儲熱的太陽能-燃煤熱互補發(fā)電機組

太陽能熱互補發(fā)電系統(tǒng)同樣需要搭配儲熱。一方面，儲熱系統(tǒng)與太陽能-化石能源熱互補系統(tǒng)相結合，可以提高太陽能利用率，進一步節(jié)省化石燃料消耗量，提高整個機組經(jīng)濟性，另一方面，熱互補系統(tǒng)總運行時長將大幅提高，且可使太陽能側的輸出保持穩(wěn)定，有利于系統(tǒng)的安全性和高效性。有科研人員對搭配儲熱系統(tǒng)的太陽能-燃煤熱互補發(fā)電機組進行了建模計算，根據(jù)測算結果，一套660MW光熱互補發(fā)電機組在搭配雙罐熔融鹽儲熱系統(tǒng)后，最高可節(jié)約煤15.55%，提高系統(tǒng)熱電效率3.3%。

搭配儲熱裝置的熱電聯(lián)產(chǎn)

熱電聯(lián)產(chǎn)是最早將電源側儲熱投入實際生產(chǎn)的領域。由于存在峰谷差，熱電聯(lián)產(chǎn)機組受供熱限制而不能充分投入運行，導致熱電調(diào)度無法高效運行，故機組調(diào)峰能力被“以熱定電”限制，將熱電聯(lián)產(chǎn)技術與儲熱技術相結合，可以有效降低用能峰谷差，減少一次能源消耗。此外，儲熱系統(tǒng)可以實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)機組的熱電解耦，提高了冬季取暖期的調(diào)峰能力。目前，國內(nèi)外的熱電聯(lián)產(chǎn)機組已普遍使用以水蓄熱技術為主的儲熱裝置。

圖：配置儲熱的熱電聯(lián)產(chǎn)機組

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

電源側儲熱需擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模技術提升是關鍵

儲熱技術是具有廣闊發(fā)展前景的節(jié)能技術。電力體制改革和“雙碳”目標的提出給能源行業(yè)帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)，隨著新能源裝機占比的上升，電源側調(diào)峰能力受到了更高的要求。儲熱技術在電源側的應用能做到兼顧調(diào)峰和能源清潔化，是未來我國電力系統(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)領域之外，電源側儲熱技術還可應用于多能互補系統(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。

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