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近日，第十二屆中國國際光熱大會暨CSPPLAZA年會在浙江杭州召開，西安熱工研究院節(jié)能中心汽輪機(jī)靈活運(yùn)行技術(shù)研究所所長王偉出席會議并發(fā)表主題報(bào)告《熔鹽儲熱耦合煤電機(jī)組的創(chuàng)新實(shí)踐與經(jīng)濟(jì)效益分析》。

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項(xiàng)目背景

王偉指出，自2015年首次參與光熱大會以來，團(tuán)隊(duì)從學(xué)習(xí)、研發(fā)逐步走向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化，此次重點(diǎn)分享熔鹽儲熱耦合煤電機(jī)組的創(chuàng)新實(shí)踐與經(jīng)濟(jì)效益。這一研究的大背景是國家“雙碳”目標(biāo)——2020年9月習(xí)近平總書記提出“2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和”目標(biāo)后，為能源電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展指明了方向。

截至2024年底，全國發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)33.5億千瓦，其中非化石能源19.5億千瓦，占比54.9%；火電14.4億千瓦，新能源裝機(jī)14.5億千瓦首次超過火電機(jī)組，其中煤電裝機(jī)11.9億千瓦，占比35.7%，且持續(xù)下降。盡管裝機(jī)占比不斷下降，煤電仍以不到40%的裝機(jī)提供約60%的發(fā)電量、70%的頂峰能力和近80%的調(diào)節(jié)能力，是電力安全保供的“壓艙石”。

近年來，電網(wǎng)頻率問題引發(fā)的安全事故愈發(fā)突出，甚至超過調(diào)峰能力不足導(dǎo)致的問題。

今年4月28日，西班牙和葡萄牙發(fā)生大規(guī)模停電，波及5000萬民眾。此前的4月16日，西班牙曾實(shí)現(xiàn)100%可再生能源供電，但事故當(dāng)日風(fēng)電出力驟降、光伏因高溫效率下降10%，導(dǎo)致6.4吉瓦電力缺口，而其儲能容量僅2.1吉瓦時(shí)（占電力需求0.3%），無法緩沖供需失衡。

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火電機(jī)組靈活性技術(shù)需求分析

王偉指出，隨著新能源占比提升，火電機(jī)組靈活性改造迫在眉睫，核心目標(biāo)包括降低最小技術(shù)出力、提升爬坡速率、增強(qiáng)快速啟停能力，其中首要目標(biāo)是降低最小技術(shù)出力，其次是爬坡速率，最后是快速啟停。

當(dāng)前，純凝工況下煤電機(jī)組最小技術(shù)出力國際先進(jìn)水平為20%-25%，我國《全國煤電機(jī)組改造升級實(shí)施方案》要求純凝工況達(dá)35%Pe，采暖工況單日6小時(shí)達(dá)40%Pe。

實(shí)際運(yùn)行中，啟停調(diào)峰需求已從“未來趨勢”變?yōu)椤艾F(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)”。2024-2025供暖季，河北、內(nèi)蒙地區(qū)，煤電機(jī)組的啟停調(diào)峰次數(shù)明顯增加，遠(yuǎn)超以往。

政策層面，2025年3月國家發(fā)改委、能源局印發(fā)的《新一代煤電升級專項(xiàng)行動實(shí)施方案（2025—2027年）》提出更嚴(yán)苛指標(biāo)：現(xiàn)役機(jī)組最小發(fā)電出力需達(dá)25%-40%額定負(fù)荷，新一代試點(diǎn)示范機(jī)組需達(dá)20%以下；現(xiàn)役機(jī)組負(fù)荷變化速率達(dá)0.8%-2.5%額定功率/分鐘，新一代機(jī)組在50%及以上負(fù)荷區(qū)間達(dá)4%/分鐘、30%-50%區(qū)間達(dá)2%/分鐘；同時(shí)鼓勵具備啟停調(diào)峰能力，要求現(xiàn)役及新建機(jī)組保供期申報(bào)出力達(dá)標(biāo)率不低于98%，新一代試點(diǎn)機(jī)組達(dá)99%。

此外，煤電中長期將向“大容量、小電量、煤電+綜合能源服務(wù)”模式轉(zhuǎn)型，圍繞清潔降碳、安全可靠、高效調(diào)節(jié)、智能運(yùn)行深化技術(shù)指標(biāo)，通過自身挖潛與儲熱儲能結(jié)合，實(shí)現(xiàn)0-100%Pe功率調(diào)節(jié)及5%Pe/min快速響應(yīng)，成為新型電力系統(tǒng)的“穩(wěn)定器”。

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儲能技術(shù)研究現(xiàn)狀

王偉介紹，儲能技術(shù)的核心價(jià)值在于打破電能生產(chǎn)、輸送、使用的同步性，實(shí)現(xiàn)能源時(shí)間錯(cuò)配利用。在各類儲能技術(shù)中，熔鹽儲熱因高安全、低成本、大規(guī)模、長壽命、易回收等特點(diǎn)，在提升煤電機(jī)組靈活性及工業(yè)供汽方面獨(dú)具優(yōu)勢。

熔鹽常溫下為固態(tài)粉末，熔點(diǎn)以上呈液態(tài)，具有流體性質(zhì)；混合熔鹽耐受溫度高、熱穩(wěn)定性好、運(yùn)動粘度低、飽和蒸汽壓低，是理想儲熱介質(zhì)，世界范圍內(nèi)商業(yè)化太陽能熱發(fā)電站普遍采用。目前應(yīng)用最廣的是太陽鹽（二元鹽，硝酸鉀與硝酸鈉按40:60混合）和希特斯鹽（三元鹽，硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉按53:7:40混合）。

熔鹽-固體粉末狀態(tài)-熔融態(tài)-凝固態(tài)

在技術(shù)研發(fā)方面，西安熱工研究院高度重視熔鹽儲熱技術(shù)攻關(guān)，截至2024年11月，熔鹽儲熱相關(guān)專利申請達(dá)366項(xiàng)，位列國內(nèi)第一。其研究聚焦熔鹽在煤電及工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，而重點(diǎn)在于系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制優(yōu)化，為熔鹽儲熱與煤電機(jī)組耦合奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

西安熱工院關(guān)于熔鹽儲熱技術(shù)的專利統(tǒng)計(jì)情況

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熔鹽儲熱與煤電機(jī)組耦合集成與靈活運(yùn)行技術(shù)

王偉詳細(xì)闡述了熔鹽儲熱與煤電機(jī)組耦合的技術(shù)方案，主要包括加熱、儲熱、放熱三個(gè)環(huán)節(jié)。加熱環(huán)節(jié)可以采用蒸汽加熱或電加熱，也可二者聯(lián)合方案：蒸汽加熱可利用主汽、再熱蒸汽，電加熱則從高廠變或發(fā)電機(jī)出口取電。

儲熱環(huán)節(jié)中，低溫熔鹽維持在200℃左右，每日溫降不超過1℃；高溫熔鹽維持在400℃左右，每日溫降不超過2℃。放熱環(huán)節(jié)正常工況以機(jī)組除氧器出口為水源，事故工況（雙機(jī)停運(yùn)）用除鹽水作為應(yīng)急水源，產(chǎn)生的蒸汽可用于工業(yè)供汽或采暖。

運(yùn)行方式上，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多種功能：調(diào)頻時(shí)，電加熱器作為可控負(fù)載，全天小功率運(yùn)行輔助機(jī)組響應(yīng)一次調(diào)頻與AGC；深調(diào)時(shí)，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)運(yùn)行解決熱電解耦問題，通過蒸汽與電加熱器滿功率運(yùn)行賺取調(diào)峰補(bǔ)貼或減少低價(jià)電上網(wǎng)；頂峰時(shí)，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)滿功率運(yùn)行，蒸汽加熱器與電加熱器小功率運(yùn)行，保障機(jī)組多發(fā)高價(jià)電。

蒸汽加熱與電加熱各有優(yōu)劣：蒸汽加熱熱效率高，但抽取高參數(shù)大流量蒸汽難度大，深度調(diào)峰時(shí)更難實(shí)現(xiàn)，且利用顯熱成本高、利用潛熱則熔鹽溫度受限，系統(tǒng)復(fù)雜性高、可靠性低；電加熱熱效率較低，但能大幅提升調(diào)峰深度與調(diào)頻性能，靈活性、可靠性更高，還可提高工業(yè)供汽可靠性并具備啟動鍋爐功能。

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典型案例

王偉分享了三個(gè)熔鹽儲熱耦合煤電機(jī)組的示范案例，展示技術(shù)落地效果與經(jīng)濟(jì)效益。

▌國信靖江示范項(xiàng)目

該項(xiàng)目于2022年12月投運(yùn)，在2×USC660MW機(jī)組耦合40MW/80MWht熔鹽儲熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)1.0MPa、260℃、50t/h工業(yè)供汽，解決深度調(diào)峰與工業(yè)供汽的熱電解耦問題。項(xiàng)目達(dá)成多項(xiàng)指標(biāo)：機(jī)組深調(diào)至＜30%額定負(fù)荷，AGC考核Kp值提升＞300%，爬坡速率＞3%Pe/min，鍋爐運(yùn)行安全性與汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性顯著改善，還承擔(dān)環(huán)保、免維護(hù)的啟動鍋爐角色。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，機(jī)組變負(fù)荷速率達(dá)3.91%Pe/min，遠(yuǎn)高于電網(wǎng)要求的1.5%Pe/min；AGC調(diào)節(jié)精度0.11%，優(yōu)于電網(wǎng)0.5%的標(biāo)準(zhǔn)；一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間＜2s，30s實(shí)際負(fù)荷變化量達(dá)理論量的140.2%，完全滿足考核要求。

2023年4月，該項(xiàng)目首次參與江蘇電力深度調(diào)峰市場，增加4萬千瓦調(diào)節(jié)能力；5月試驗(yàn)中，機(jī)組負(fù)荷從50%Pe降至30%Pe穩(wěn)燃負(fù)荷后，進(jìn)一步降至25.65%Pe，挖掘深度調(diào)峰潛力。

經(jīng)濟(jì)效益顯著：熔鹽儲熱系統(tǒng)壽命≥30年，無循環(huán)次數(shù)限制，每天調(diào)頻約1500次，累計(jì)超100萬次，平均每天參與深度調(diào)峰2小時(shí)。僅投運(yùn)5MW可控負(fù)載，機(jī)組Kp值從2提升至7-9，達(dá)原來的310%。該項(xiàng)目已運(yùn)行兩年半，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，年調(diào)頻收益3000萬元，調(diào)峰收益100萬元，兩年內(nèi)收回項(xiàng)目成本。

▌濟(jì)寧華源熱電示范工程

該項(xiàng)目于2024年6月30日投產(chǎn)，是全國首套“蒸汽+電”聯(lián)合加熱的熔鹽儲熱系統(tǒng)，在2×350MW機(jī)組耦合50MW/100MWht系統(tǒng)，接入中溫再熱器出口聯(lián)箱與6kV高壓廠用電系統(tǒng)。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)1.5MPa、300℃、75t/h供汽，深調(diào)30%、頂峰100%，AGC指標(biāo)K值可提升至4以上，具備備用汽源與啟動鍋爐功能。

2024年9月第三方考核顯示，加熱功率51.43MW（設(shè)計(jì)50MW），儲熱容量103.87MWh（設(shè)計(jì)100MWh），最大供汽量85.59t/h（設(shè)計(jì)75t/h），雙機(jī)停運(yùn)工況供汽60.21t/h（設(shè)計(jì)60t/h），各項(xiàng)指標(biāo)均超設(shè)計(jì)要求。根據(jù)2024年10月至今的收益分析，月平均收益300萬元左右，累計(jì)年收益3500萬元。

山東電網(wǎng)2024年1月至2025年9月負(fù)電價(jià)時(shí)長1222小時(shí)（均價(jià)-71.01元/兆瓦時(shí)），0-150元/兆瓦時(shí)時(shí)長683小時(shí)，為低電價(jià)儲熱、高電價(jià)放熱創(chuàng)造有利條件。

山東電網(wǎng)低電價(jià)數(shù)據(jù)分析

▌華能海門示范項(xiàng)目

該項(xiàng)目于2024年9月29日投產(chǎn)，是全國首套百萬機(jī)組熔鹽儲熱項(xiàng)目，在4×USC1000MW機(jī)組耦合60MW/120MWht系統(tǒng)，1、2號機(jī)組與3、4號機(jī)組分別配置“二拖一”30MW電加熱系統(tǒng)，接入6kV高壓廠用電。

項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)3.0MPa、300℃、90t/h供汽，深調(diào)至＜40%額定負(fù)荷，AGC指標(biāo)K值提升至1.3以上（實(shí)測最高2.57），具備備用汽源與啟動鍋爐功能。

技術(shù)創(chuàng)新方面，應(yīng)用6kV電加熱器與690V耦合，功率1MW直驅(qū)響應(yīng)達(dá)MS級，溫度范圍210℃-420℃，規(guī)?；蟪杀窘档?0%，絕緣等級達(dá)6kV耐擊穿電壓，可承受上萬次負(fù)荷波動，壽命20年。項(xiàng)目自動化程度高，熔鹽區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無人值守與機(jī)器狗巡檢。

經(jīng)濟(jì)效益上，預(yù)估年收益不少于6000萬元，僅調(diào)頻日收益約20萬元；2025年春節(jié)期間，四臺機(jī)組全停，熔鹽系統(tǒng)單獨(dú)帶50t/h供汽，驗(yàn)證了備用汽源和啟動鍋爐的功能。

技術(shù)指標(biāo)和社會效益

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項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)與工作基礎(chǔ)

據(jù)王偉介紹，西安熱工研究院團(tuán)隊(duì)多年來深耕煤電靈活性領(lǐng)域，承擔(dān)多項(xiàng)國家級科技攻關(guān)與示范項(xiàng)目，形成深厚工作基礎(chǔ)。團(tuán)隊(duì)參與2項(xiàng)科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、6項(xiàng)能源局煤電靈活性改造示范項(xiàng)目、4項(xiàng)省級活性改造示范項(xiàng)目，獲國家科技進(jìn)步二等獎1項(xiàng)、中國電力科技進(jìn)步一等獎1項(xiàng)。

在產(chǎn)學(xué)研合作方面，團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)、華北電力大學(xué)、西安交通大學(xué)等高校，及遼寧電網(wǎng)公司、中國電科院等單位協(xié)同攻關(guān)，組建陜西省“四主體一聯(lián)合”儲能與熱能動力系統(tǒng)靈活低碳校企聯(lián)合研究中心，圍繞儲能共性技術(shù)展開研究。

科技成果方面，“熔鹽儲熱耦合煤電機(jī)組調(diào)頻調(diào)峰及安全供汽技術(shù)”通過中國電力企業(yè)聯(lián)合會鑒定，達(dá)到國際領(lǐng)先水平，被評定為華能集團(tuán)首臺（套）重大技術(shù)裝備，獲2023年華能集團(tuán)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎，并入選2023年“科創(chuàng)中國”先導(dǎo)技術(shù)榜單（綠色低碳領(lǐng)域）。

展望未來，王偉認(rèn)為市場潛力巨大：我國煤電存量11.9億千瓦，僅按3%調(diào)頻需求計(jì)算，對應(yīng)儲能規(guī)模約0.3億千瓦，按每千瓦700-1000元測算，市場規(guī)模達(dá)300億以上，若計(jì)入10%-20%的調(diào)峰需求，市場空間更為廣闊。該技術(shù)的推廣將有力提升機(jī)組盈利能力，保障“雙碳”背景下的用電靈活與用汽安全，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供重要支撐。