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在2025第三屆中國長時(shí)儲(chǔ)能大會(huì)上，國家電投集團(tuán)中央研究院儲(chǔ)能所（簡稱“國家電投”）儲(chǔ)熱室主任郭浩楠出席會(huì)議并作《核電耦合熱泵儲(chǔ)能安全高效調(diào)峰及高品質(zhì)穩(wěn)定供汽技術(shù)》主題報(bào)告，系統(tǒng)闡述了“核儲(chǔ)耦合”的剛需邏輯、技術(shù)困境，并詳解了國家電投自主研發(fā)的“核電耦合熱泵儲(chǔ)能技術(shù)”的核心優(yōu)勢、技術(shù)方案及研發(fā)進(jìn)程。

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“核儲(chǔ)耦合”是核電發(fā)展的必答題

郭浩楠指出，核電調(diào)峰并非選擇題，而是未來能源結(jié)構(gòu)下的必答題，且“核儲(chǔ)耦合”是唯一可行路徑。他從能源現(xiàn)狀、政策與產(chǎn)業(yè)需求、技術(shù)困境三方面進(jìn)行了充分論證。

▌能源現(xiàn)狀：高比例可再生能源倒逼核電調(diào)峰

根據(jù)核電行業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測，到2035年我國核電發(fā)電量占比將提升至10%，風(fēng)光發(fā)電量占比將達(dá)40%，二者合計(jì)50%的電力來自不可調(diào)節(jié)資源，必然引發(fā)兩大核心問題：一是長時(shí)間尺度下“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”供需錯(cuò)配；二是電網(wǎng)頻率失衡、電壓失穩(wěn)、慣量缺失的安全風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)核電企業(yè)而言，若想進(jìn)一步提升裝機(jī)占比，必須探索核電調(diào)峰技術(shù)，否則將成為電網(wǎng)“剛性負(fù)荷”，制約可再生能源消納。

▌?wù)吲c產(chǎn)業(yè)需求驅(qū)動(dòng)

（1）政策層面

2025年3月，國家能源局《東北電力輔助服務(wù)市場運(yùn)營規(guī)則（征求意見稿）》，明確核電廠有償調(diào)峰基準(zhǔn)為77%。

郭浩楠分析，在現(xiàn)貨市場未全面運(yùn)行前，核電調(diào)峰成本可通過“火電調(diào)峰補(bǔ)貼”分?jǐn)?，?025年東北現(xiàn)貨市場暫停后，火電調(diào)峰補(bǔ)貼全面取消，直接導(dǎo)致東北火電機(jī)組（多為煤電機(jī)組）運(yùn)營壓力劇增——此類機(jī)組冬季需維持30%低負(fù)荷運(yùn)行半年，失去補(bǔ)貼后盈利空間受到壓縮。而核電（如紅沿河核電）采用“95%長協(xié)持倉+5%現(xiàn)貨”的模式，已無法通過分?jǐn)偢采w調(diào)峰成本，政策過渡性凸顯，未來需明確核電調(diào)峰機(jī)制。

郭浩楠表示，核電是“低變動(dòng)成本電源”，燃料成本僅0.06元/度。在現(xiàn)貨市場中，即便電價(jià)降至0.1元/度，仍有0.04元/度收益；若通過降低發(fā)電量調(diào)峰，將直接虧損0.1元/度。更關(guān)鍵的是，當(dāng)前省域現(xiàn)貨市場加權(quán)平均電價(jià)已低于核電度電成本，若核電高比例參與現(xiàn)貨交易，虧損將進(jìn)一步擴(kuò)大。

因此，核電運(yùn)營的核心思路必須轉(zhuǎn)向“高比例長協(xié)持倉＋現(xiàn)貨比例耦合儲(chǔ)能套利增收”。

（2）產(chǎn)業(yè)層面

石化行業(yè)碳排放占全國的比重約13%，是重點(diǎn)控排領(lǐng)域。2024年5月，國務(wù)院印發(fā)《2024-2025年節(jié)能降碳行動(dòng)方案》，提出“鼓勵(lì)大型石化化工園區(qū)探索利用核能供汽供熱”；同時(shí)，“十五五”期間，全國范圍內(nèi)將開展碳排放“雙控”工作，碳排放總量及強(qiáng)度逐步成為硬約束，石化行業(yè)即將逐步納入全國碳排放權(quán)交易市場。

郭浩楠表示，石化領(lǐng)域是高碳排放行業(yè)，且用氣成本極低（520℃、10MPa蒸汽僅200元/噸），常規(guī)低碳供氣方式難以平衡“低碳、低成本、安全”的“能源不可能三角”。若2035年碳排放雙控與碳關(guān)稅全面實(shí)施，石化領(lǐng)域需低成本低碳熱源，而核電是理想選擇。

▌技術(shù)困境

目前核電主流的調(diào)峰方案有兩種：

（1）核島——回路功率控制

該方案應(yīng)用反應(yīng)棒控制策略以改變反應(yīng)堆功率，進(jìn)而影響汽機(jī)出力。其關(guān)鍵問題如下：

①調(diào)峰安全風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重——機(jī)組瞬態(tài)停機(jī)、熱應(yīng)力頻繁變化下易導(dǎo)致U型管破裂、堆內(nèi)中子通量振蕩、堆芯溫度不均、燃料棒破損風(fēng)險(xiǎn)高，直接影響設(shè)計(jì)壽命。

②反復(fù)硼化與稀釋增加三廢處理成本，影響換料周期。

③控制難度高、調(diào)峰深度不足、可調(diào)峰周期短，最終不可避免會(huì)降低安全裕量。

（2）常規(guī)島——耦合新型儲(chǔ)能

該方案分為“耦合中溫儲(chǔ)熱”與“耦合電化學(xué)儲(chǔ)能”兩類，均存在適配性問題：

耦合中溫儲(chǔ)熱：①技術(shù)適配差——耦合抽汽熔鹽儲(chǔ)熱，儲(chǔ)熱溫域窄導(dǎo)致熔鹽量巨大且熱能品位低；耦合導(dǎo)熱油儲(chǔ)熱，防火隱患大；②熱效率低下——耦合電加熱熔鹽儲(chǔ)熱，能量效率極低，且電加熱器壽命短。

耦合電化學(xué)儲(chǔ)能：①調(diào)頻里程與火電配置儲(chǔ)能相比不占優(yōu)勢；②鋰電火災(zāi)安全風(fēng)險(xiǎn)高，液流電池成本高昂。

總之，目前三代壓水堆核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨兩大瓶頸問題：一是如何實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全參與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)（調(diào)峰、調(diào)頻）；二是如何提升核能供汽品質(zhì)以滿足石化等高能耗企業(yè)需求。

基于上述痛點(diǎn)，國電投中央研究院提出“核電耦合熱泵儲(chǔ)能”技術(shù)（“和諾”）。

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解決方案：核電耦合熱泵儲(chǔ)能技術(shù)

“核電耦合熱泵儲(chǔ)能”技術(shù)的核心邏輯是以核電主蒸汽（275℃左右）為低溫?zé)嵩?，通過熱泵提質(zhì)，實(shí)現(xiàn)“調(diào)峰＋高參數(shù)供氣”雙重目標(biāo)。

▌技術(shù)優(yōu)勢

（1）本征安全：反應(yīng)堆滿發(fā)、無需變負(fù)荷運(yùn)行；系統(tǒng)成熟，五重物理隔離回路。

（2）易擴(kuò)容：功率與容量解耦，擴(kuò)容邊際成本低。

（3）高效調(diào)峰：能量效率70%-180%，COP=2.0-3.5，大幅降低基本電費(fèi)，變負(fù)荷效率不變。

（4）高品質(zhì)清潔供熱：可穩(wěn)定供應(yīng)400-560°C/10MPa工業(yè)蒸汽。

（5）響應(yīng)快：變負(fù)荷、啟停機(jī)速度快，≥8Pe%/min。

（6）經(jīng)濟(jì)性顯著：經(jīng)濟(jì)壽命30年以上，設(shè)備100%國產(chǎn)化。

▌方案一：“調(diào)峰＋高品質(zhì)石化最高檔供汽”

該方案在不改變反應(yīng)堆功率控制、保障反應(yīng)堆基荷滿發(fā)的前提下，實(shí)現(xiàn)壓水堆核電機(jī)組深度調(diào)峰、調(diào)頻與高品質(zhì)24h穩(wěn)定供汽。

技術(shù)指標(biāo)

（1）20km輸送至廠供熱參數(shù)523℃/10MPa；供汽額定流量105t/h（支持寬負(fù)荷調(diào)節(jié)）；儲(chǔ)能時(shí)長8h；年總供汽量92.10萬t。

（2）能效：COP 2.06；場景COP 1.48。

（3）調(diào)峰能力：總調(diào)峰幅度199.92MW；總調(diào)峰深度13.04%。

保守技經(jīng)指標(biāo)（未折算調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)收益）

（1）成本：和諾HN150靜態(tài)投資8億元；現(xiàn)貨低價(jià)電0.1元/Wh時(shí)，供汽變動(dòng)成本63元/t；含外送設(shè)施（20km-DN500管道+換熱站，成本9億元）。

（2）收益：含外送設(shè)施（20km-DN500管道+換熱站，成本9億元）時(shí)，保障資本金IRR 8%，售汽價(jià)240元/t，較天然氣成本下降100元/t；不含外送管道成本時(shí)，保障資本金IRR 8%，售汽價(jià)150元/t，較原石化超高壓用汽成本下降45元/t。

▌方案二：“調(diào)峰＋頂峰發(fā)電”

該方案在不改變反應(yīng)堆功率控制、保障反應(yīng)堆基荷滿發(fā)的前提下，實(shí)現(xiàn)壓水堆核電機(jī)組深度調(diào)峰、調(diào)頻與頂峰。目前有“調(diào)峰+超發(fā)/低基荷多發(fā)/報(bào)規(guī)報(bào)高點(diǎn)”以及“調(diào)峰供汽協(xié)議+獨(dú)立儲(chǔ)能電站”兩種模式。

技術(shù)指標(biāo)

用核電廠電場景：總調(diào)峰幅度194.31MW、總調(diào)峰深度12.67%、運(yùn)行負(fù)荷87%-106%。

下網(wǎng)電場景：抽汽熱功率149.22MW、抽汽調(diào)峰幅度53.94MW、抽汽調(diào)峰深度3.5%（核電96.5%-100%）、抽汽發(fā)電效率36.15%。

能效表現(xiàn)：COP為2.04、熱效率為46.21%、電電效率100.08%、能量效率70.38%。

保守技經(jīng)指標(biāo)（靜態(tài)投資：8億元<1元/Wh>）

模式1：調(diào)峰+超發(fā)/低基荷多發(fā)（源-儲(chǔ)）/報(bào)規(guī)報(bào)高點(diǎn)

商業(yè)模式：“差價(jià)套利”（未折算調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)收益）

核心數(shù)據(jù)：差價(jià)套利0.4元/kWh；儲(chǔ)能成本0.08元/kWh、少發(fā)電量384559MWh、少發(fā)電成本0.308億元；頂峰收益0.487/kWh、超發(fā)電量261863MWh、超發(fā)收益1.257億元。

收益：資本金投資回收期10.68年、資本金IRR 13.38%。

模式2：調(diào)峰供汽協(xié)議+獨(dú)立儲(chǔ)能電站（獨(dú)立儲(chǔ)能）

商業(yè)模式：“差價(jià)套利+容量租賃+容量補(bǔ)償”

核心數(shù)據(jù)：差價(jià)套利0.4元/kWh；儲(chǔ)能成本0.08元/kWh、儲(chǔ)能電量384559MWh（下網(wǎng)電+核電抽汽）、儲(chǔ)能成本0.308億元；頂峰收益0.48元/kWh、頂峰發(fā)電量261863MWh、頂峰收益1.257億元；容量租賃1680萬元/年（240/kW?年、70%容量租賃）；容量補(bǔ)償2400萬元/年（按100MW/200MWh電化學(xué)獨(dú)立儲(chǔ)能電站600萬元/年計(jì)量或1度電7分錢）。

收益：資本金投資回收期4.47年、資本金IRR 28.34%。

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技術(shù)研發(fā)進(jìn)程

國家電投對(duì)核電耦合熱泵儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)布局兼具前瞻性與系統(tǒng)性，目前已完成“基礎(chǔ)研究—專利布局—產(chǎn)業(yè)合作—示范落地”的全鏈條突破：

（1）通過長周期基礎(chǔ)研究體系化布局，發(fā)表核心發(fā)明專利“一種耦合熱泵儲(chǔ)能的核電調(diào)峰系統(tǒng)”“一種耦合熱泵儲(chǔ)能的核電廠供熱調(diào)峰系統(tǒng)”。

（2）2025年2月，國家電投與中廣核簽訂“核電耦合熱泵儲(chǔ)能調(diào)峰技術(shù)意向合作協(xié)議”，聯(lián)合推廣該技術(shù)；

（3）孵化“儲(chǔ)諾”與“和諾”技術(shù)品牌，國內(nèi)首套示范項(xiàng)目建成并進(jìn)入調(diào)試階段；牽頭成立國家能源用戶側(cè)儲(chǔ)能創(chuàng)新研發(fā)中心，匯聚我國新型儲(chǔ)熱領(lǐng)域優(yōu)勢資源，打造產(chǎn)—學(xué)—研—用深度融合的科研創(chuàng)新體系；成立上下游產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，加快推動(dòng)技術(shù)持續(xù)降本與示范應(yīng)用。

（4）建立全體系設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，具備參數(shù)優(yōu)化、動(dòng)態(tài)仿真、工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備耦合分析能力，能夠支撐各功率等級(jí)熱泵儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)。

（5）完成兆瓦級(jí)熱泵儲(chǔ)能中試（工程驗(yàn)證）系統(tǒng)的工藝包開發(fā)，以及關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)測試——高溫壓縮機(jī)排氣溫度可達(dá)570℃，低溫膨脹機(jī)排氣溫度達(dá)到-30℃。

（6）開展全球首套兆瓦級(jí)熱泵儲(chǔ)能中試系統(tǒng)建設(shè)。經(jīng)過西安熱工院的第三方性能測試，已歷經(jīng)7次完整充放電，該系統(tǒng)各項(xiàng)核心參數(shù)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值，系統(tǒng)穩(wěn)定，技術(shù)指標(biāo)全球領(lǐng)先。12月25日，國家電投集團(tuán)在北京正式發(fā)布全球首套超高溫?zé)岜脙?chǔ)能技術(shù)“儲(chǔ)諾”。

郭浩楠最后總結(jié)道：“耦合外部熱源的熱泵儲(chǔ)能技術(shù)在提升支撐性電源調(diào)峰能力方面優(yōu)勢明顯。應(yīng)用壓水堆核電耦合熱泵儲(chǔ)能技術(shù)，以常規(guī)島主蒸汽為低溫?zé)嵩?，可在保障核島滿發(fā)的前提下，實(shí)現(xiàn)安全調(diào)峰與頂峰，同時(shí)解決‘核能＋石化’的高參數(shù)供氣需求，提高核電在現(xiàn)貨市場下的盈利能力?！?/p>

他強(qiáng)調(diào)，未來技術(shù)落地需重點(diǎn)關(guān)注兩大方向：一是解決超發(fā)頂尖峰問題，配建和諾與所屬核電機(jī)組視為一個(gè)整體并聯(lián)合調(diào)度，按照現(xiàn)有相關(guān)規(guī)則參與電力市場；二是和諾以獨(dú)立儲(chǔ)能電站模式運(yùn)營，作為獨(dú)立主體參與電力市場，與核電廠簽訂供熱合同，在核電調(diào)峰時(shí)段低價(jià)購買蒸汽作為熱泵儲(chǔ)能低溫?zé)嵩?，?shí)現(xiàn)核電調(diào)峰與電網(wǎng)調(diào)峰“雙利好”。