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10月25日，由ESPLAZA長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能網(wǎng)、CHPLAZA清潔供熱平臺(tái)主辦，湖州工業(yè)控制技術(shù)研究院與浙江綠儲(chǔ)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(guó)儲(chǔ)熱大會(huì)在浙江湖州盛大召開(kāi)，西安熱工研究院汽輪機(jī)靈活運(yùn)行技術(shù)研究所副所長(zhǎng)王偉出席會(huì)議，對(duì)熔鹽儲(chǔ)熱耦合煤電機(jī)組提升靈活性改造技術(shù)進(jìn)行分析，并分享了典型案例。

圖：王偉

一、項(xiàng)目背景

截止2023年底，全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量29.2億千瓦，非化石能源達(dá)14.7億千瓦，非化石能源發(fā)電裝機(jī)首次超過(guò)火電裝機(jī)規(guī)模，占總裝機(jī)容量比重首次超過(guò)50%，火電13.9億千瓦，其中煤電11.6億千瓦，占總裝機(jī)的39.9%，煤電裝機(jī)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(wù)。

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(dān)基礎(chǔ)保障的“重?fù)?dān)”。

二、火電機(jī)組靈活性技術(shù)需求分析

近年來(lái)一直在強(qiáng)調(diào)煤電“三改聯(lián)動(dòng)”，即：節(jié)能、供熱和靈活性三部分。可以預(yù)期，隨著電源結(jié)構(gòu)的改變，煤電機(jī)組靈活性改造進(jìn)程必將加快。

什么是靈活性？王偉表示，煤電機(jī)組靈活性主要是：深度調(diào)峰、快速爬坡和快速啟停。快速啟停是改造的終極目標(biāo)，也就是啟停調(diào)峰。就目前情況而言，靈活性目標(biāo)中的首要目的是降低機(jī)組最小技術(shù)出力；其次是爬坡速率；再次是快速啟停。

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

面對(duì)高比例新能源長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，在新型儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模化應(yīng)用之前，煤電將仍在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期扮演著“穩(wěn)定器”的作用。雙碳目標(biāo)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(shè)則需要煤電支撐，但主導(dǎo)地位將不斷弱化，最終將長(zhǎng)期處于“大容量、小電量、煤電+綜合能源服務(wù)”的運(yùn)營(yíng)模式。

未來(lái)，煤電機(jī)組要成為怎么樣的電源？在整個(gè)電網(wǎng)里面承擔(dān)什么樣的角色？王偉表示，煤電機(jī)組要成為有價(jià)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(wù)，通過(guò)充分挖掘機(jī)組自身潛力，增加儲(chǔ)熱儲(chǔ)能，從而實(shí)現(xiàn)0-100%之間的功率可調(diào)，達(dá)到5-6%Pe/min的變負(fù)荷速率。

三、儲(chǔ)能技術(shù)研究現(xiàn)狀

王偉表示，電網(wǎng)對(duì)于煤電機(jī)組靈活性的需求是逐年快速增加的，煤電機(jī)組由于自身的調(diào)節(jié)特性，尤其是供熱機(jī)組，靈活性調(diào)節(jié)能力受限。電網(wǎng)對(duì)于對(duì)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(chǔ)能技術(shù)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(shí)現(xiàn)能源在時(shí)間維度上的錯(cuò)時(shí)利用。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)。

王偉表示，西安熱工研究院近幾年對(duì)熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)領(lǐng)域的攻關(guān)及科技研發(fā)極為重視，形成了完備的知識(shí)產(chǎn)權(quán)族群，目前僅熔鹽儲(chǔ)熱相關(guān)發(fā)明專利申請(qǐng)數(shù)達(dá)348項(xiàng)，位列國(guó)內(nèi)第一，積累了大量的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，形成了較為完備的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為技術(shù)快速推廣打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

四、熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)應(yīng)用研究

熔鹽儲(chǔ)熱與煤電機(jī)組耦合分為以下三個(gè)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(jī)出口取電。

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

3、放熱環(huán)節(jié)：正常運(yùn)行工況采用機(jī)組除氧器出口作為水源；事故工況（雙機(jī)停運(yùn)）使用除鹽水作為應(yīng)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(fù)載，全天小功率運(yùn)行輔助機(jī)組調(diào)頻（同時(shí)響應(yīng)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(yùn)行，一方面賺取調(diào)峰容量補(bǔ)貼（應(yīng)對(duì)測(cè)試），一方面減少現(xiàn)貨低價(jià)電上網(wǎng)。

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

熔鹽儲(chǔ)熱耦合新能源發(fā)電技術(shù)

王偉表示，對(duì)于新能源發(fā)電存在上網(wǎng)困難的地區(qū)，可以采用風(fēng)光棄電（或者現(xiàn)貨交易市場(chǎng)的低谷電）加熱熔鹽，將熱量?jī)?chǔ)存在熔鹽當(dāng)中。對(duì)于有用電需求或者政策允許的區(qū)域，可以設(shè)置汽輪發(fā)電機(jī)組，熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的熱量最終以電的方式再供出。汽輪機(jī)全天極低功率運(yùn)行，當(dāng)電網(wǎng)需要高負(fù)荷時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)組滿發(fā)，多發(fā)高價(jià)電。根據(jù)不同新能源基地的配儲(chǔ)及用電需求，設(shè)定不同的熔鹽加熱功率、儲(chǔ)熱容量、汽輪發(fā)電機(jī)組功率。熔鹽電加熱系統(tǒng)以及汽輪發(fā)電機(jī)組可以作為獨(dú)立儲(chǔ)能電站和靈活性電源參與電網(wǎng)的輔助服務(wù)（調(diào)頻、調(diào)峰等），獲取收益。

工業(yè)園區(qū)熔鹽儲(chǔ)熱綜合能源供給技術(shù)

對(duì)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(chǔ)熱對(duì)外供熱實(shí)現(xiàn)冷熱汽三聯(lián)供。采用風(fēng)光棄電（或者現(xiàn)貨交易市場(chǎng)的低谷電）加熱熔鹽，將熱量?jī)?chǔ)存在熔鹽當(dāng)中；利用熔鹽儲(chǔ)熱對(duì)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(fù)載、用戶側(cè)調(diào)節(jié)）可以作為獨(dú)立儲(chǔ)能電站參與電網(wǎng)的輔助服務(wù)（調(diào)頻、調(diào)峰等），獲取收益。

王偉展示了8種不同的熔鹽儲(chǔ)熱與煤電機(jī)組的耦合方式，并對(duì)蒸汽加熱和電加熱進(jìn)行了較為細(xì)致的對(duì)比，得出主要結(jié)論為：

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

蒸汽加熱僅利用顯熱部分時(shí)，成本增幅較高；

蒸汽加熱利用潛熱部分時(shí)，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(yùn)行復(fù)雜性升高，運(yùn)行可靠性降低；

蒸汽加熱系統(tǒng)的靈活性相對(duì)較低。

電加熱系統(tǒng)熱效率較低，可大幅提高機(jī)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(dòng)鍋爐的功能。

五、典型案例

王偉就國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的3個(gè)典型項(xiàng)目（已投運(yùn)的前三個(gè)雙罐熔鹽儲(chǔ)熱耦合煤電機(jī)組項(xiàng)目）的技術(shù)路線、項(xiàng)目收益等進(jìn)行分享。

▌國(guó)信靖江示范項(xiàng)目（2022年12月投運(yùn)）

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

該項(xiàng)目通過(guò)在2×USC660MW機(jī)組機(jī)組耦合40MW/80MWht熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰與工業(yè)供汽的深度解耦；大幅提高機(jī)組的快速調(diào)頻能力；在原有CCS控制的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)機(jī)-爐-儲(chǔ)的聯(lián)合協(xié)同控制，利用儲(chǔ)能響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)整需求，鍋爐以最安全穩(wěn)定的方式運(yùn)行，汽輪機(jī)以最經(jīng)濟(jì)的方式運(yùn)行；具備功能優(yōu)異的啟動(dòng)鍋爐功能。

江蘇方天電力技術(shù)有限公司為國(guó)信靖江示范項(xiàng)目進(jìn)行4個(gè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：

1）電能質(zhì)量合格，無(wú)不良影響；

2）變負(fù)荷速率實(shí)測(cè)值為3.91%Pe/min，遠(yuǎn)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(yīng)指標(biāo)完全滿足電網(wǎng)要求，可免除考核。

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

據(jù)江蘇省電力報(bào)報(bào)道，2023年4月14日，國(guó)信靖江發(fā)電公司配套的熔鹽儲(chǔ)熱項(xiàng)目首次參與江蘇電力深度調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)，額外增加了4萬(wàn)千瓦的調(diào)節(jié)能力，標(biāo)志著江蘇省深度調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)進(jìn)入“火儲(chǔ)聯(lián)調(diào)”新階段。

王偉表示，熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的使用壽命不低于30年，無(wú)循環(huán)次數(shù)的限制；示范項(xiàng)目每天的調(diào)頻次數(shù)達(dá)到了1500次，累計(jì)超過(guò)100萬(wàn)次；平均每天參與深度調(diào)峰2h。熔鹽儲(chǔ)熱耦合煤電機(jī)組參與調(diào)頻，僅投運(yùn)5MW可控負(fù)載，機(jī)組Kp值由2提升至7~9，提升至原來(lái)的300%以上。

如下圖所示，黑色：目標(biāo)功率指令（AGC）；黃色：一次調(diào)頻頻差功率；藍(lán)色：熔鹽儲(chǔ)能功率；紅色：機(jī)組實(shí)發(fā)功率；綠色：火儲(chǔ)聯(lián)合功率。

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

▌濟(jì)寧華源熱電示范應(yīng)用工程（2024年6月投運(yùn)）

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

項(xiàng)目通過(guò)在2×350MW機(jī)組耦合50MW/100MWht熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)，在1、2號(hào)機(jī)組配置一套“蒸汽+電”聯(lián)合加熱熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)，接入機(jī)組的中溫再熱器出口聯(lián)箱（原背壓機(jī)汽源）和6kV高壓廠用電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰與工業(yè)供汽的深度解耦，實(shí)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(biāo)K值提升至4以上，調(diào)頻“雙機(jī)聯(lián)調(diào)”；

備用汽源和啟動(dòng)鍋爐：環(huán)保、快速且免維護(hù)。

考核試驗(yàn)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(duì)熔鹽儲(chǔ)熱項(xiàng)目進(jìn)行了項(xiàng)目熱力考核試驗(yàn)，主要包括加熱功率、儲(chǔ)熱容量、最大蒸汽流量試驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。根據(jù)10月份項(xiàng)目運(yùn)行情況，項(xiàng)目收益超過(guò)了前期可研的預(yù)期，預(yù)計(jì)3年內(nèi)可收回成本。

山東電網(wǎng)低電價(jià)數(shù)據(jù)分析

電網(wǎng)是不是負(fù)電價(jià)？負(fù)電價(jià)持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間？王偉表示，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，山東2023年每個(gè)月都會(huì)出現(xiàn)負(fù)電價(jià)，負(fù)電價(jià)均價(jià)如下所示：

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

▌華能海門示范應(yīng)用（2024年9月投運(yùn)）

2024年9月29日，全國(guó)首套百萬(wàn)機(jī)組熔鹽儲(chǔ)熱示范項(xiàng)目順利投產(chǎn)，實(shí)測(cè)k值最高可達(dá)到1.5。

該項(xiàng)目通過(guò)在4×USC1000MW機(jī)組機(jī)組耦合60MW/120MWht熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)，在1、2號(hào)機(jī)組和3、4號(hào)機(jī)組分別配置一套“二拖一”30兆瓦熔鹽儲(chǔ)熱的電加熱系統(tǒng)，接入機(jī)組的6kV高壓廠用電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰與工業(yè)供汽的深度解耦，實(shí)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(biāo)K值提升至1.3以上，調(diào)頻“四機(jī)聯(lián)調(diào)”；

備用汽源和啟動(dòng)鍋爐：環(huán)保、快速且免維護(hù)。

六、項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)與工作基礎(chǔ)

近幾年，西安熱工研究院項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)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)，目前在研國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃2項(xiàng)，省級(jí)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃3項(xiàng)。

2023年華能集團(tuán)公司原則同意將“熔鹽儲(chǔ)熱耦合煤電機(jī)組調(diào)頻調(diào)峰及安全供汽系統(tǒng)”評(píng)定為華能集團(tuán)公司首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備，并在后續(xù)相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行示范應(yīng)用。另外，該技術(shù)獲得了2023年華能集團(tuán)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

2024年7月2日中國(guó)科協(xié)發(fā)布“科創(chuàng)中國(guó)”系列榜單，共計(jì)230項(xiàng)入榜項(xiàng)目。西安熱工研究院有限公司研發(fā)的“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)”成功入選中國(guó)科協(xié)2023年“科創(chuàng)中國(guó)”系列榜先導(dǎo)技術(shù)的項(xiàng)目。先導(dǎo)技術(shù)榜遴選出具有產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)意義和廣闊市場(chǎng)前景的前沿技術(shù)，助力科技創(chuàng)新引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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