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2022年12月初，西安熱工研究院總包的國(guó)信靖江熔鹽儲(chǔ)熱項(xiàng)目成功投運(yùn)，該項(xiàng)目是我國(guó)首個(gè)熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)耦合煤電機(jī)組項(xiàng)目，為我國(guó)火電機(jī)組實(shí)施熔鹽儲(chǔ)熱改造提供了樣板。

在6月13日于浙江杭州召開(kāi)的2023中國(guó)國(guó)際光熱大會(huì)暨CSPPLAZA第十屆年會(huì)上，西安熱工研究院節(jié)能中心汽輪機(jī)靈活運(yùn)行技術(shù)研究所副所長(zhǎng)王偉就《熔鹽儲(chǔ)熱耦合煤電機(jī)組調(diào)頻調(diào)峰及安全供汽技術(shù)》作了主題匯報(bào)，匯報(bào)以國(guó)信靖江應(yīng)用示范項(xiàng)目為例，從多方面出發(fā)，詳細(xì)闡述了熔鹽儲(chǔ)熱與煤電機(jī)組耦合集成與靈活運(yùn)行技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

▲西安熱工研究院節(jié)能中心汽輪機(jī)靈活運(yùn)行技術(shù)研究所副所長(zhǎng)王偉

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項(xiàng)目背景

2021年3月15日，總書(shū)記在中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議上對(duì)能源電力發(fā)展作出了系統(tǒng)闡述，首次提出構(gòu)建新型電力系統(tǒng)；黨的二十大報(bào)告強(qiáng)調(diào)加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，為新時(shí)代能源電力發(fā)展提供了根本遵循；截止2022年底，全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量25.6億千瓦，火電13.3億千瓦，其中煤電11.4億千瓦，煤電裝機(jī)占比43.8%，提供了60%以上的電量和70%的調(diào)峰任務(wù)。

可以看到，新型能源體系中，新能源通過(guò)提升可靠支撐能力逐步向系統(tǒng)主體電源轉(zhuǎn)變。煤電仍是電力安全保障的“壓艙石”，承擔(dān)基礎(chǔ)保障的“重?fù)?dān)”。儲(chǔ)能技術(shù)具有響應(yīng)速度快、精度高、控制靈活等優(yōu)勢(shì)，可彌補(bǔ)煤電機(jī)組靈活運(yùn)行的短板，緩解機(jī)組靈活運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性等問(wèn)題。

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煤電機(jī)組的技術(shù)需求

王偉指出，煤電機(jī)組的技術(shù)需求主要包含四個(gè)方面：

（1）煤電機(jī)組高參數(shù)供汽能力不足

煤電機(jī)組受設(shè)備固有特性影響，缺乏大流量高參數(shù)工業(yè)供汽能力，需進(jìn)行較大規(guī)模的不可逆改造。

（2）煤電機(jī)組與高參數(shù)供汽解耦難題

高參數(shù)供汽機(jī)組抽汽位置靠前，與低參數(shù)采暖供汽相比，熱電耦合特性更強(qiáng)，缺乏有效的解耦手段。

（3）熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組調(diào)頻能力有限

受供汽參數(shù)穩(wěn)定性要求，供汽機(jī)組調(diào)頻能力嚴(yán)重受限，機(jī)組難以參與輔助服務(wù)市場(chǎng)。

（4）現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)難以解決多樣需求

電化學(xué)儲(chǔ)能主要用于輔助煤電機(jī)組AGC調(diào)頻場(chǎng)景；電蓄熱鍋爐適用于低參數(shù)采暖供汽機(jī)組的深度調(diào)峰。

綜上，煤電功能定位的調(diào)整給靈活高效的煤電技術(shù)發(fā)展帶來(lái)新的契機(jī)，熔鹽儲(chǔ)熱作為安全可靠且價(jià)格低廉的儲(chǔ)能技術(shù)，適用于大規(guī)模頻繁儲(chǔ)放的場(chǎng)景，其各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)與煤電機(jī)組的需求和發(fā)展方向較為契合。

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儲(chǔ)能技術(shù)研究現(xiàn)狀

對(duì)各種儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)熔鹽儲(chǔ)熱不管從儲(chǔ)能容量還是儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)上來(lái)說(shuō)都有很大的優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)前新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)，新能源發(fā)電的隨機(jī)波動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)的靈活性調(diào)整提出了更迫切的需求，但煤電機(jī)組由于超馳調(diào)節(jié)以及電熱流強(qiáng)耦合特性，其自身靈活性調(diào)整能力有待進(jìn)一步提高，因此電網(wǎng)對(duì)于煤電機(jī)組高靈活性的需求和煤電機(jī)組自身靈活性不足之間的矛盾日益突出。

熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)具有高安全、低成本、大規(guī)模、長(zhǎng)壽命、易回收等特點(diǎn)，應(yīng)用于提高煤電機(jī)組靈活性及高參數(shù)工業(yè)供汽等方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

下圖是西安熱工院在國(guó)信靖江示范項(xiàng)目中所用熔鹽的三種狀態(tài)，左一是未熔化之前固體狀態(tài)；中間是熔化之后取樣的液體狀態(tài)；右一是液體凝固之后的狀態(tài)。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)的研究主要集中在兩個(gè)方面：

第一，配方研究。國(guó)內(nèi)研究熔鹽的團(tuán)隊(duì)主要以北京工業(yè)大學(xué)、中山大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所為代表，整體來(lái)看目前針對(duì)混合熔鹽配方的研究已經(jīng)相對(duì)成熟，提出了適應(yīng)不同工作溫度的多種熔鹽配方，最低熔點(diǎn)可以降低至80℃，最高使用溫度能超過(guò)1000℃，此外熔鹽密度、比熱和粘度等相關(guān)物性數(shù)據(jù)也比較完善。

目前應(yīng)用范圍最廣的熔鹽是太陽(yáng)鹽（二元鹽）、希特斯鹽（三元鹽）。

第二，應(yīng)用研究。全球已商業(yè)化運(yùn)行的太陽(yáng)能光熱發(fā)電站基本均使用熔鹽作為儲(chǔ)熱介質(zhì)；國(guó)內(nèi)部分地區(qū)在煤改電中采用“低谷電+熔鹽儲(chǔ)熱”供暖的技術(shù)方案。

熔鹽儲(chǔ)熱應(yīng)用于煤電機(jī)組靈活性和高參數(shù)工業(yè)供汽領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究中未見(jiàn)能夠支持工程示范的應(yīng)用技術(shù)研究。

西安熱工研究院承擔(dān)的“國(guó)信靖江電廠基于熔鹽儲(chǔ)能的煤電機(jī)組調(diào)頻、調(diào)峰、供熱安全整體解決方案EPC項(xiàng)目”是熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)首次大規(guī)模工程應(yīng)用于解決燃煤機(jī)組靈活性與安全供熱的難題。

▲國(guó)內(nèi)外關(guān)于熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)的專利統(tǒng)計(jì)情況

上圖是西安熱工院對(duì)于熔鹽儲(chǔ)熱專利情況的統(tǒng)計(jì)，可以看到，熔鹽儲(chǔ)熱相關(guān)專利從2005年開(kāi)始快速增長(zhǎng)，2022、2023年達(dá)到峰值。

▲2023年3月底專利統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

在2023年3月底的專利統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，西安熱工研究院僅熔鹽儲(chǔ)熱相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)達(dá)173項(xiàng)，位列國(guó)內(nèi)第二。

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熔鹽儲(chǔ)熱與煤電機(jī)組耦合集成與靈活運(yùn)行技術(shù)

熔鹽儲(chǔ)熱在煤電機(jī)組靈活性、風(fēng)光火儲(chǔ)一體化、源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化、光熱電站、獨(dú)立儲(chǔ)能電站、鍋爐替代、供熱供汽、深度調(diào)峰及電網(wǎng)調(diào)頻方面都會(huì)有很大的應(yīng)用前景。

西安熱工院長(zhǎng)期從事火電機(jī)組研究，對(duì)于火電機(jī)組存在的問(wèn)題以及電網(wǎng)對(duì)于火電機(jī)組的要求比較清楚，西安熱工院的整體解決方案可解決調(diào)峰、調(diào)頻、供熱等多方面存在的問(wèn)題，亦可滿足目前火電廠普遍存在的諸多需求。

2022年12月，靖江電廠熔鹽儲(chǔ)能調(diào)峰供熱項(xiàng)目投產(chǎn)，受到各大媒體的爭(zhēng)相報(bào)道。該項(xiàng)目在2×USC660MW機(jī)組開(kāi)展工程示范，整個(gè)項(xiàng)目容量為40MW、80MWh，西安熱工院在實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰與供熱供汽解耦，在保證50t/h工業(yè)供汽供汽的同時(shí)，機(jī)組深度調(diào)峰可以達(dá)到30%以下，頂峰到95%以上。機(jī)組調(diào)頻能力也大幅度提高，AGC的考核指標(biāo)提高300%以上，機(jī)組升降負(fù)荷速率達(dá)到3%Pe/min以上，而國(guó)內(nèi)火電機(jī)組爬坡速率普遍處于1-1.5%Pe/min的水平。

在機(jī)組原有CCS控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了機(jī)爐儲(chǔ)的聯(lián)合協(xié)調(diào)優(yōu)化，采用儲(chǔ)能系統(tǒng)盡量去響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)整需求，鍋爐可以在更安全可靠的工況下運(yùn)行，汽輪機(jī)也以更經(jīng)濟(jì)的方式運(yùn)行。同時(shí)也具備啟動(dòng)鍋爐的角色。

江蘇方天電力技術(shù)有限公司完成的靖江熔鹽項(xiàng)目試驗(yàn)報(bào)告顯示，靖江熔鹽項(xiàng)目電能質(zhì)量合格、變負(fù)荷速率和AGC調(diào)節(jié)精度遠(yuǎn)高于電網(wǎng)要求、一次調(diào)頻完全滿足電網(wǎng)要求。

上圖是江蘇省2019年到2022年電網(wǎng)深度調(diào)峰補(bǔ)貼，可以看出江蘇電網(wǎng)對(duì)于調(diào)峰的支持力度非常大，而且逐年增加。

現(xiàn)貨交易模式下盈利方式

自2021年11月，國(guó)家能源局山東監(jiān)管辦、山東省發(fā)改委、山東省能源局、國(guó)網(wǎng)山東省電力公司聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展山東省電力現(xiàn)貨市場(chǎng)2021年12月結(jié)算試運(yùn)行的通知》，現(xiàn)貨市場(chǎng)已實(shí)現(xiàn)連續(xù)結(jié)算試運(yùn)行。

以上圖2021年年底以及2022年年初山東現(xiàn)貨交易市場(chǎng)典型日為例，波谷電價(jià)低至-0.08元/kWh，波峰電價(jià)高達(dá)0.966元/kWh?，F(xiàn)貨交易市場(chǎng)已日漸成熟，并已呈現(xiàn)基本的市場(chǎng)規(guī)律，交易市場(chǎng)體系的完善為新能源的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造有益空間，也給煤電機(jī)組的運(yùn)營(yíng)方式調(diào)整帶來(lái)了新挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

西安熱工研究院項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)，近幾年在煤電靈活性提升領(lǐng)域開(kāi)展多項(xiàng)國(guó)家級(jí)科技攻關(guān)和示范項(xiàng)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(chǔ)。

由于傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電機(jī)組和熔鹽儲(chǔ)熱是兩個(gè)獨(dú)立且相對(duì)完善的系統(tǒng)，打破兩個(gè)系統(tǒng)原有的平衡，再建立新的耦合系統(tǒng)平衡，難度可想而知。靖江熔鹽儲(chǔ)熱示范項(xiàng)目投運(yùn)之后，王偉所長(zhǎng)有感而發(fā)，寫(xiě)了一篇小記，他以這首小記結(jié)束了他的匯報(bào)，與同行共勉：

《新水調(diào)歌頭·逆水行舟》

壬寅之冬，葭月上弦。北望馬洲之空，南眺長(zhǎng)江之遠(yuǎn)。念吾輩所從之事，幸甚至哉，歌以詠志。

辛丑新冬，吾率眾至馬洲，初臨，地闊土坪，草色尚存。立冬之日破土筑臺(tái)，直至年關(guān)方出視平，深知根基乃萬(wàn)物之本，不敢懈怠，事必躬親，領(lǐng)寒冬江風(fēng)之滲，懷久違熱血之燃。

壬寅新春，再返故地，高臺(tái)之上，始做新篇。仲夏之時(shí)，深受滬疫之害，物不能達(dá)，人不能至，急切焦慮，度日如年。創(chuàng)新之路，坎坷曲折，頻生前人未遇之險(xiǎn)阻。當(dāng)是時(shí)也，屢上閣樓，望長(zhǎng)江之空流，愁目下之迷霧，斷前行之方向，堅(jiān)破冰之信念。幸得團(tuán)隊(duì)之韌之智，日夜兼程，披荊斬棘，攻堅(jiān)克難，砥礪前行。究怪疾之本，探解決之道，存新念之法，方得今日之果。

時(shí)至今日，觀漸善之閣，如吾之愛(ài)子，愛(ài)之心切，惱之頑劣?；赝簦雷枨议L(zhǎng)，感念吾父母，吾師長(zhǎng)，吾兄弟，吾妻子之助，臨表涕零，不知所言。

望吾輩之業(yè)，為行業(yè)之光，則心甚慰。