1月16日,國(guó)海證券發(fā)布名為《熔鹽儲(chǔ)能:長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能黃金賽道(下篇-多應(yīng)用場(chǎng)景、產(chǎn)業(yè)鏈分析)》的最新研究報(bào)告,其中結(jié)合多方數(shù)據(jù)和實(shí)際項(xiàng)目案例重點(diǎn)展示了熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)在火電靈活改造、工業(yè)蒸汽生產(chǎn)中的巨大發(fā)展?jié)摿Α?/p>
報(bào)告指出,熔鹽同時(shí)扮演了傳熱和儲(chǔ)能介質(zhì)。硝酸鹽具有工作溫度區(qū)間廣、儲(chǔ)能密度高、無(wú)需高壓運(yùn)行、黏度低流動(dòng)性好、壽命長(zhǎng)等優(yōu)良特性,非常適合作為傳熱、儲(chǔ)能介質(zhì)。
目前熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)等新能源系統(tǒng),利用了硝酸鹽儲(chǔ)能特性將太陽(yáng)光熱能轉(zhuǎn)換為熔鹽的內(nèi)能來(lái)存儲(chǔ)和發(fā)出能量,實(shí)現(xiàn)了能量在時(shí)空上的遷移,滿足可再生能源的電網(wǎng)調(diào)峰需求。除了光熱領(lǐng)域外,熔鹽儲(chǔ)能在熔鹽儲(chǔ)能供暖、供蒸汽、火電機(jī)組靈活改造領(lǐng)域有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
具體來(lái)說(shuō),熔鹽儲(chǔ)能作為單獨(dú)的儲(chǔ)能單元模塊,可以很好匹配火電靈活改造、工業(yè)蒸汽生產(chǎn)需求。通過(guò)在火電機(jī)組中加入大容量熔鹽儲(chǔ)能模塊,可以實(shí)現(xiàn)熱電解耦,能耗效率接近抽水蓄能,幫助火電機(jī)組增加向下調(diào)峰范圍到20%,可以獲取更多電力輔助收益、蒸汽產(chǎn)出收益。熔鹽儲(chǔ)能模塊可以利用其消納谷電儲(chǔ)能的能力,將電能轉(zhuǎn)換為熱能,產(chǎn)出蒸汽、熱水或者綠電,實(shí)現(xiàn)北方煤改電、工業(yè)園區(qū)綠色化改造。
火電靈活性改造:熔鹽儲(chǔ)能相比常規(guī)路徑具備優(yōu)勢(shì)
據(jù)報(bào)告,常規(guī)火電機(jī)組改造路徑有一定局限性?;痣姍C(jī)組靈活性改造方案目標(biāo)是增加調(diào)峰深度、實(shí)現(xiàn)快速啟停、加快爬坡能力,其中重點(diǎn)是提高機(jī)組的深度調(diào)峰能力。常規(guī)火電機(jī)組的路徑包括鍋爐側(cè)系統(tǒng)改造方案和汽機(jī)側(cè)“熱電解耦”方案。鍋爐側(cè)改造方案一般是圍繞解決低負(fù)荷工況下,鍋爐不能穩(wěn)定燃燒以及脫硝不能正常運(yùn)行的問(wèn)題;汽機(jī)側(cè)改造方案則是針對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組,在供熱季采用解耦或者削弱“以熱定電”的運(yùn)行方式,滿足機(jī)組供熱要求的同時(shí)減少發(fā)電出力。但常規(guī)靈活性改造也存在一些問(wèn)題,例如低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下主機(jī)效率降低、影響機(jī)組設(shè)備壽命、燃料系統(tǒng)控制的問(wèn)題,而且熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組改造方案只適用于采暖期,有一定局限性。

圖:常規(guī)火電機(jī)組靈活改造方案,資料來(lái)源:《基于高溫熔鹽儲(chǔ)熱的火電機(jī)組靈活性改造技術(shù)及其應(yīng)用前景分析》李峻等,國(guó)海證券研究所
而加入高溫熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng),則是火電機(jī)組靈活性改造的一種新型技術(shù)路線?;痣婂仩t的低負(fù)荷運(yùn)行是靈活運(yùn)行的最大瓶頸,因此設(shè)置儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以將鍋爐產(chǎn)生的高溫蒸汽存儲(chǔ)起來(lái),削弱原本剛性的“爐機(jī)耦合”?;痣姍C(jī)組鍋爐出口蒸汽溫度在540~560℃,與高溫熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)很好的匹配了溫度參數(shù),非常適合火電機(jī)組儲(chǔ)熱。

圖:嵌入高溫熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的火電機(jī)組工藝圖,資料來(lái)源:《基于高溫熔鹽儲(chǔ)熱的火電機(jī)組靈活性改造技術(shù)及其應(yīng)用前景分析》李峻等
火電常規(guī)機(jī)組的靈活性改造原理是,在火電機(jī)組“鍋爐-汽機(jī)”熱力系統(tǒng)中嵌入一套外置的高溫熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)。當(dāng)火電機(jī)組向下調(diào)節(jié)出力時(shí),啟動(dòng)儲(chǔ)熱模塊,鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽和再熱蒸汽通過(guò)儲(chǔ)熱功率模塊對(duì)熔鹽進(jìn)行放熱,低溫罐中冷熔鹽升溫后存儲(chǔ)在儲(chǔ)熱罐中。當(dāng)火電機(jī)組需要出力時(shí),高溫熔鹽罐中的高溫熔鹽通過(guò)放熱功率模塊進(jìn)行放熱,產(chǎn)生的蒸汽回到汽輪機(jī)做工發(fā)電,釋放熱量后的熔鹽再次回到低溫罐中存儲(chǔ)。
火電靈活改造配置熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)優(yōu)勢(shì):
1、理論綜合效率高:根據(jù)李峻2021年《基于高溫熔鹽儲(chǔ)熱的火電機(jī)組靈活性改造技術(shù)及其應(yīng)用前景分析》中的估算,火電熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)理論綜合效率為76.2%,接近抽水蓄能機(jī)組,能源利用效率高于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、電鍋爐調(diào)峰供熱方案。
2、大幅度增加火電廠深度調(diào)峰能力:汽機(jī)可以在5%額定負(fù)荷下運(yùn)行,如果加入電加熱模塊,可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組零功率上網(wǎng)。
3、儲(chǔ)熱時(shí)間長(zhǎng):靈活設(shè)置儲(chǔ)熱罐容量即可,可以實(shí)現(xiàn)單日10h 以上儲(chǔ)熱能力,可以通過(guò)擴(kuò)大熔鹽儲(chǔ)熱罐容量擴(kuò)充儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)。
4、儲(chǔ)熱參數(shù)高:熔鹽儲(chǔ)熱溫度可以達(dá)到500℃以上,蒸汽溫度可以達(dá)到亞臨界參數(shù)。
5、使用壽命長(zhǎng)、綜合效率高:使用壽命長(zhǎng)達(dá)30 年,平準(zhǔn)化發(fā)電成本低。熔鹽儲(chǔ)熱的火電靈活改造技術(shù)與現(xiàn)有的改造方案相比,具有能耗低、機(jī)組運(yùn)行節(jié)能可靠等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)熔鹽放熱,可以拓寬機(jī)組負(fù)荷的調(diào)峰范圍,提高機(jī)組運(yùn)行的靈活性。
同時(shí),高溫熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)在火電機(jī)組有很強(qiáng)的適應(yīng)性。
第一,改造后的火電機(jī)組可以更好的適應(yīng)電力市場(chǎng)改革,獲取更多輔助服務(wù)收益。隨著各地電力輔助服務(wù)市場(chǎng)政策加快出臺(tái),采用高溫熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)改造的火電機(jī)組靈活性高、調(diào)節(jié)速度快,可以適應(yīng)深度調(diào)峰、啟停調(diào)峰、旋轉(zhuǎn)備用交易等輔助服務(wù)。
第二,電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易加快后,帶有熔鹽儲(chǔ)能的火電機(jī)組可以大規(guī)模儲(chǔ)熱,存儲(chǔ)谷電,在電價(jià)高的時(shí)候釋放熱量獲取高收益。
第三,大容量熔鹽儲(chǔ)能可以實(shí)現(xiàn)供蒸汽、供熱。未改造的熱電聯(lián)產(chǎn)火電機(jī)組仍然是熱電耦合狀態(tài),具有季節(jié)使用局限性。高溫熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)可以拓展火電靈活機(jī)組的供熱場(chǎng)景,創(chuàng)造額外供熱、供蒸汽收益。
第四,高溫熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)可以參加退役火電機(jī)組延壽改造。拆除機(jī)組煤炭、鍋爐系統(tǒng)后,可以保留汽輪機(jī)組,利用熔鹽儲(chǔ)能吸收新機(jī)組熱量或消納谷電,通過(guò)放熱驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電,增加整體電站的尖峰發(fā)電出力能力。

圖:火電機(jī)組采取高溫熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)的應(yīng)用前景展望,資料來(lái)源:《基于高溫熔鹽儲(chǔ)熱的火電機(jī)組靈活性改造技術(shù)及其應(yīng)用前景分析》李峻等、國(guó)海證券研究所整理
根據(jù)《基于高溫熔鹽儲(chǔ)熱的火電機(jī)組靈活性改造技術(shù)及其應(yīng)用前景分析》(李峻等,2021年)中的舉例說(shuō)明,經(jīng)過(guò)高溫熔鹽改造后的火電機(jī)組在如下表的參數(shù)假設(shè)下,考慮調(diào)峰服務(wù)費(fèi)收入情況下,350MW的火電機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)4310萬(wàn)元的年度收益。

表:火電機(jī)組熔鹽儲(chǔ)能改造后參加調(diào)峰服務(wù)費(fèi)用的收入模型測(cè)算,資料來(lái)源:《基于高溫熔鹽儲(chǔ)熱的火電機(jī)組靈活性改造技術(shù)及其應(yīng)用前景分析》李峻等(2021年)、國(guó)海證券研究所
工業(yè)蒸汽:熔鹽儲(chǔ)熱實(shí)現(xiàn)谷電存熱,保障供熱供汽
據(jù)報(bào)告介紹,與火電靈活改造類似,利用熔鹽優(yōu)良的儲(chǔ)能特性,熔鹽儲(chǔ)能還可以用于谷電加熱(利用谷電將低溫熔鹽加熱后存儲(chǔ)至高溫熔鹽罐,在白天用熱用汽時(shí)段,利用高溫熔鹽供暖供熱)、余熱回收(通過(guò)熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)將鋼鐵生產(chǎn)的余熱回收利用,用于供暖供熱、發(fā)電等)。

圖:新型熔鹽蓄熱供熱技術(shù)原理示意圖,資料來(lái)源:《熔鹽蓄熱供熱技術(shù)研究與示范項(xiàng)目》周宇涵
熔鹽儲(chǔ)能可在低谷時(shí)段消納富余電能,尖、高峰時(shí)段對(duì)外供熱、供蒸汽。新型熔鹽蓄熱供熱技術(shù)通過(guò)利用晚間谷電加熱熔鹽儲(chǔ)能,加熱后的高溫熔鹽儲(chǔ)存到儲(chǔ)罐中,白天放熱,通過(guò)循環(huán)泵將高溫熔鹽抽出與換熱器給水換熱,實(shí)現(xiàn)供熱需求。
利用該技術(shù)可以24 小時(shí)為用戶供熱,有效轉(zhuǎn)移了富余的低谷電力,提高了電網(wǎng)穩(wěn)定性和電能的使用率,也增加了供熱安全保障和品質(zhì)。和其他技術(shù)比,熔鹽儲(chǔ)熱的儲(chǔ)能密度、占地面積、使用壽命來(lái)具有優(yōu)勢(shì)。既適合北方高密集城市地區(qū)對(duì)熱水、蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行綠色改造,也適合工業(yè)地區(qū)工業(yè)蒸汽的生產(chǎn)應(yīng)用。

表:不同蓄熱技術(shù)的對(duì)比,資料來(lái)源:《熔鹽蓄熱供熱技術(shù)研究與示范項(xiàng)目》周宇涵
報(bào)告梳理了目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)投入運(yùn)行的熔鹽儲(chǔ)熱改造項(xiàng)目的情況,以北京兩個(gè)供熱中心改造項(xiàng)目為例,在天然氣價(jià)格上漲的背景下,利用谷電進(jìn)行供熱均能實(shí)現(xiàn)比較好的經(jīng)濟(jì)性。
1、北京熱力集團(tuán)花家地供熱中心熔鹽儲(chǔ)熱改造項(xiàng)目
根據(jù)《熔鹽蓄熱供熱技術(shù)研究與示范項(xiàng)目》(2021 年)中引用案例——北京熱力集團(tuán)花家地供熱服務(wù)中心,原本配置9 臺(tái)14MW 燃?xì)忮仩t,非供暖季只啟用一臺(tái)燃?xì)忮仩t,每天啟停也造成能耗大、經(jīng)濟(jì)性差的問(wèn)題。因此公司投資669 萬(wàn)元(設(shè)備投資、不含稅)建設(shè)了一套加熱功率2.1MW 的新型熔鹽儲(chǔ)熱裝置,該示范項(xiàng)目滿足了非冬季與燃?xì)忮仩t廠房聯(lián)合,并在冬季可以進(jìn)行應(yīng)急供熱的需求。
根據(jù)2019 年數(shù)據(jù)實(shí)測(cè),系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換的效率達(dá)到96.3%,通過(guò)熔鹽加熱生產(chǎn)的熱水電費(fèi)成本2.75 萬(wàn)元,折合熱水共計(jì)2512 噸,折算熱水單噸電費(fèi)成本10.9元,2019 年的熱水供應(yīng)價(jià)格為35 元每噸,收益較好。
2、北京熱力供應(yīng)中心北京西站蒸汽供應(yīng)熔鹽儲(chǔ)熱改造項(xiàng)目
根據(jù)《熔鹽儲(chǔ)能供蒸汽技術(shù)的應(yīng)用前景分析》(2022 年)中引用案例——北京一燃?xì)鉄崃嶂行臑楸本┪髡竟?yīng)蒸汽負(fù)荷項(xiàng)目為例,該項(xiàng)目采取了利用熔鹽儲(chǔ)代替燃?xì)忮仩t進(jìn)行替代。該項(xiàng)目利用低谷電時(shí)間段,將低價(jià)格電能轉(zhuǎn)換為熱能存儲(chǔ),白天時(shí)使用熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)外供應(yīng)蒸汽。該項(xiàng)目獲得了張家口及赤峰綠電進(jìn)京指標(biāo);采用低谷綠電作為熱源,補(bǔ)貼后谷電價(jià)格為0.15 元/kWh。
根據(jù)該電價(jià)進(jìn)行核算,折算后的蒸汽運(yùn)行成本為105 元/t,作為新能源儲(chǔ)能消納供蒸汽示范項(xiàng)目,該運(yùn)行成本僅為燃?xì)膺\(yùn)行成本(北京燃?xì)鈨r(jià)格2.6 元/m3,蒸汽成本為208 元/t)的50%左右,大大節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。
3、西子潔能紹興柯橋熔鹽發(fā)電、儲(chǔ)熱供汽項(xiàng)目
根據(jù)西子潔能技術(shù)專家劉可亮在《利用綠電熔鹽儲(chǔ)能,助力零碳產(chǎn)業(yè)園的實(shí)踐》(2022 年)主題演講中介紹的案例,西子潔能承接的紹興綠電熔鹽儲(chǔ)能項(xiàng)目進(jìn)展迅速,零碳園區(qū)的商業(yè)模式開(kāi)始推廣。西子潔能正在打造首個(gè)綠色零碳產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目。該綠電熔鹽儲(chǔ)能示范項(xiàng)目位于浙江紹興濱海工業(yè)園區(qū)(柯橋),園區(qū)內(nèi)以紡織印染行業(yè)為主。紡織印染行業(yè)是浙江的高能耗產(chǎn)業(yè)之一,低碳轉(zhuǎn)型壓力較大。
根據(jù)浙江省發(fā)展改革委《關(guān)于促進(jìn)浙江省新能源高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)(征求意見(jiàn)稿)》提出:“不將綠色電力消費(fèi)計(jì)入碳排放量核算,探索綠色電力消費(fèi)抵扣一定比例能耗”。高能耗企業(yè)有動(dòng)力在節(jié)能降碳找尋新的路徑。紹興綠電項(xiàng)目?jī)?chǔ)能時(shí)長(zhǎng)達(dá)10 小時(shí),利用熔鹽儲(chǔ)能滿足園區(qū)的用熱及用電需求。
項(xiàng)目的主要參數(shù)包括,熔鹽的使用量約7500 噸,使用的是光熱領(lǐng)域應(yīng)用最多的二元熔鹽。蒸汽參數(shù)3MPa,257℃;負(fù)責(zé)把電轉(zhuǎn)化成熱的電加熱功率比較大,約150MW。在背壓的運(yùn)行工況下,機(jī)組發(fā)電能力是8MW;如果是純凝,后面低壓發(fā)電能力是17MW,加起來(lái)機(jī)組的頂峰能力為25MW;年運(yùn)行小時(shí)數(shù)是8400小時(shí)。采用背壓發(fā)電供熱系統(tǒng)+純凝頂峰系統(tǒng),當(dāng)電網(wǎng)有頂峰需求響應(yīng)時(shí),背壓機(jī)出口蒸汽停止對(duì)外供熱,轉(zhuǎn)而進(jìn)入純凝機(jī)進(jìn)行全純凝運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的需求響應(yīng)服務(wù)。
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