熔盐储能供蒸汽技术的应用前景分析.docx

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1、熔盐储能供蒸汽技术的应用前景分析摘要：在3060碳达峰碳中和双碳目标的大背景下，新能源装机容量将会大规模提升，但是由于光伏、风电等新能源具有输出不稳定、发电曲线与用电曲线不匹配等缺点，如果不搭配使用储能系统,可能会导致大规模的弃风、弃光；而在供蒸汽领域中，绝大部分依然采用燃煤、燃气等传统化石燃料，随着环保压力的加大，亟需寻找一种替代之法。熔盐储能材料具有流动性强、黏度低、蒸汽压低、热容量大、比热容高、导热能力强、性质稳定、使用温区广、经济性好等显著优势，在供蒸汽领域有广阔的应用前景。基于熔盐储能的特性,着重介绍了熔盐储能技术在新能源消纳及供蒸汽领域的发展前景。该技术具有环保低碳、节能减排、高效

2、利用等优势，是储能技术未来的发展方向，值得今后大规模推广应用。关键词：熔盐储能供蒸汽；储能技术；新能源消纳；碳达峰；碳中和熔盐储能技术具有移峰填谷，提高设备利用率的重要作用，可以有效解决能源供给侧与用户侧供需矛盾，提高能源利用率，是新能源消纳与供蒸汽领域最具有应用价值的储能技术之一。熔盐储能技术核心由熔盐储能材料、高低温熔盐储罐、熔盐换热器、熔盐加热装置、附属配套设备等组成。该技术最早应用于核工业领域,熔盐被用作核反应堆的冷却介质，具有优良的导热性能，尤其在其工作温度区间，性质近似于水，是优良的传热、储能介质。从20世纪80年代开始，美国率先将熔盐储能传热技术应用于太阳能热发电站的研究方面，其

3、建设的S。IarTW。项目是世界上第一个使用熔盐作为储热、传热介质的太阳能热发电站，为熔盐在储能领域的应用打下了良好的基础。随后各国在中高温储能系统中，均大规模采用熔盐储能技术路线。国内最早一批的国家级课题项目北京延庆太阳能热发电站项目也从早期的导热油工质改为使用熔盐工质；国内2016年批准的20个太阳能热发电站示范项目中有50%以上采用了熔盐储能技术，再次证明了熔盐储能是未来中高温储能利用的趋势1o当前在双碳目标的大背景下，传统火电纷纷让路，新能源电力有大规模增长趋势，但是新能源技术的间歇性、分散性导致目前暂无成熟手段对部分能源进行回收利用，因此亟需一种储能技术储存间歇能源并稳定利用，从而提

4、高新能源设备价值，提高能源利用率增加社会、经济效益。而直接电池储能寿命短，造价高，储能密度低等，限制了它的大规模发展利用。熔盐储能具有储能密度高、环境友好无污染、使用寿命长、维护简单、经济性高等优点，引起了人们的广泛关注。截至目前，虽然消纳新能源、采用熔盐储能并对夕M共应蒸汽的案例较少，但是基于以上熔盐储能的种种优势，在可以预见的未来，该类型项目将会得到大规模的推广。本文将结合工作实际，以北京市首个熔盐储能供蒸汽项目为例介绍熔盐储能供蒸汽技术，并结合现状探讨熔盐储能技术用于供蒸汽的特点及经济技术上的可行性。另外，通过分析清洁电力的发展情况,论述熔盐储能供蒸汽技术在未来绿电消纳中的广阔应用前景。

5、1、熔盐储能技术研究与发展1.1 储能技术分类依据能源类型对储能技术进行分类，可分为热（冷）储能、电储能、机械储能、化学储能等几类。这几类储能技术各有特色，其主要分类表1储能技术分类及特点比较单位：a序号储能类型技术路线释放载体形式安全可靠性寿命年1热储能熔盐储能热水/蒸汽高30固体储能热水中6相变储能热水低3水储能热水/蒸汽高不限金属储能热水/蒸汽低不限2电储能电池储能电能中5超导储能电能高不限超级电容电能高不限3机械储能抽水蓄能机械能高不限飞轮储能机械能高不限压缩空气储能机械能中104化学储能热化学储能热水/电能低及特征如表1所示。相比于电储能技术，热储能技术寿命更长，安全可靠，而且日常生

6、活中50%左右的能量利用均为热能的利用，因此研究出一种高效、低碳、清洁、经济性好的热储能方式是当前面临的重要课题。1.2 熔盐储能技术的基本介绍熔融盐（简称熔盐）是指盐的熔融态液体，常见的熔盐是指无机盐在温度升高至其熔点以上时所形成的熔融体。广义上来讲，熔盐还包括氧化物熔体和熔融态的有机物2。熔盐作为优良的传热储能介质，具有以下多个优势：a）使用温区广。熔盐可以通过多种不同单质盐混配，形成不同熔点的熔盐，以适应不同的工况需求。目前已知的熔盐熔点从-601100。C均有相应的配方,适用场景宽泛。b）具有较低的饱和蒸汽压。由于熔盐的热稳定性好，在其工作温度区间，其工作系统几乎为常压系统，无需承压运

7、行。c）储能密度高。由于熔盐使用温度区间较为广泛，使用温度最高可达400。C以上提供了较大的温差,储能密度具有明显优势。d）黏度低。在工作温度区间，熔盐的流动性近似于水，较好的流动性能够大大降低管道流阻，减少泵耗，节约能源。e）稳定性好，寿命长。从原理上来看，熔盐储能利用的是熔盐材料本身的显热，不发生化学变化；从过往使用经验来看，熔盐曾经被当作核反应堆优良的传热储热介质，使用寿命均在30a以上。f）价廉易得。熔盐是一种或多种盐的混合物，在国内的储藏量极为丰富，材料来源广泛，成本优势明显。g）导热系数高，换热能力强。熔盐在工作温度下导热系数较高，同时它作为流体与水等介质换热时多了对流换热，换热能

8、力比固体蓄热、相变蓄热强，可大大减小换热器的体积引。基于以上熔盐的种种优良特性，可以认为，在储能技术领域，熔盐储能技术具有先天优势，而熔盐材料及系统设备是熔盐储能系统的核心。熔盐储能系统原理如图1所示。熔盐储能系统主要由熔盐加热装置、熔盐储能装置、熔盐换热装置、水处理系统、泵阀、仪表管道系统、控制系统等组成。熔盐储能技术是以熔盐储能材料为媒介将太阳能光热、地热、工业余热、低品位热、谷电等以热能的形式储存起来，在需要时释放，力图解决由于时间、空间或强度上的热能供给与需求间不匹配所带来的问题，最大限度地提高整个系统的能源利用率而逐渐发展起来的一种新兴技术。2、熔盐储能技术应用前景2.1 熔盐储能技

9、术在新能源消纳中的应用前景2020年12月12日国家主席习近平在气候雄心峰会讲话中指出到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上4。从政策方向来看，国家发展改革委、国家能源局2021年发布关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见(发改能源规(2021)280号)，进一步肯定了储能技术的重要作用。基于以上政策因素，国内未来势必会增加大量的光伏、风电，而这些新能源具有不连续、峰谷差较大等特点，往往会制约其发展规模。在过去,

10、为应对较大的电网峰谷差,国家不得不投入巨资建设调峰电厂、抽水蓄能电站,依靠扩大投资规模增加装机容量来满足短暂的尖峰用电需求，增加了发供电成本，设备利用率较低，难以实现能源资源、自然环境和电力消费的可持续健康发展。而利用熔盐储能技术消纳新能源，将无法正常消纳的风能、太阳能等能源进行大规模回收利用，则有利于新能源的长期发展。全球能源预算中90%围绕热能的转换、传输和存储，全球能源消耗近50%是热能消耗，74%的工业用能最终以热的形式呈现。应用热储能技术是当前提高新能源利用率、消纳新能源的重要手段之一。熔盐储能是一种显热储热技术，利用材料在升温或降温过程中的温差而实现热能存储，在整个工作温度范围内，

11、储热材料始终保持液态，系统具有适用范围广、绿色环保、安全稳定等优点，是目前大规模中高温储热技术的首选，可广泛应用于新能源消纳、供蒸汽、太阳能热发电、火电灵活性改造、清洁供热等领域。2.2 熔盐储能技术在工业供蒸汽领域的应用前景在储能技术中，化学储能、相变储能等技术虽是研究热点，但是其发展会受到材料本身传热性能差、储能密度低、无法直接换热等制约，均未有成功应用于供蒸汽领域的相关案例；电储能密度仅相当于热储能密度的1/10,但电储能价格是热松者能的10倍以上，也不适宜大规模利用。熔盐储能作为显热储能的一种，目前开发阶段已接近完成,正处于大规模推广的阶段。由于熔盐的优良特性，在中高温供蒸汽领域，熔盐

12、储能优势巨大。目前在国内20个太阳能热发电示范项目中，有50%以上采用了熔盐储能技术；北京市的熔盐储能技术供蒸汽项目正在建设中。可以看到，熔盐储能技术的应用在中高温供蒸汽领域具有重要意义。3、项目应用案例介绍目前，国内已建成的熔盐储能项目均用于太阳能热发电领域，作为储能岛向发电岛供应蒸汽，利用太阳能加热熔盐进行储能，采用低谷电加热熔盐进行储能，并将该技术应用于工业供蒸汽行业则刚刚兴起。下面将主要从技术经济性及政策方面分析北京市一电加热熔盐储能联合燃气锅炉供蒸汽项目。北京市一燃气热力供热中心为北京西站地区供应蒸汽负荷，冬季用于供暖，夏季用于供冷，在过渡季供应部分生活热水，其锅炉最小负荷必须达到3

13、0%,否则会引起锅炉安全隐患。因此，往年的做法是当锅炉负荷低于最小锅炉的30%时全部停炉，导致用户热需求得不到满足；或者将多余热量排出，导致能源浪费。而在双碳目标的大背景下，无法新上燃气锅炉。为了能够提高周边用户的满意度，同时寻找一种清洁供应蒸汽的方式,特采用熔盐储能技术进行部分替代，以缓解当前的状况。该项目技术原理示意图如图2所示。图2系统原理示意图系统核心设备为熔盐储能罐、熔盐加热装置、熔盐泵、熔盐阀、熔盐/水换热设备。熔盐采用特制的混合熔盐，凝固点低。其主要工作流程如下。在夜间低谷电时间段，将低价格的电能转化为能进行储存，同时在夜间电极锅炉也可作为直供设备对外供蒸汽，该设备为冗余配置，保

14、证蒸汽供应稳定；在白天用气时，熔盐储能系统则通过换热装置对外供应蒸汽。为了保证系统的安全性，同时兼顾系统经济性，在系统设计时将熔盐的工作温区设置为180390。C系统设备主要材料均选用低合金钢，可满足耐腐蚀、耐温要求。系统创新性地采用了换热设备整体架高方式，将熔盐管道及熔盐相关设备整体抬高，置于熔盐储能罐的上部,系统不工作时能保证熔盐全部回流至熔盐储能罐，可有效解决系统梳盐问题，并且减少了一套梳盐装置，简化了系统配置，同时也能确保系统安全性，节省部分费用。熔盐储能罐虽然为常压设备，但是其设计温度高，国内并无相关标准可以参照，因此设计时熔盐储能罐依照高标准、高要求，以承压设备对熔盐罐进行校核计算

15、，并且通过合理的工艺降低设备运行风险。在熔盐储能罐内设有熔盐均布环，通过模拟计算，熔盐入罐时能够均匀分布，使得罐内温度趋于统一，进一步提高了设备的安全性。依托国家能源局的政策优势，本项目为绿电消纳的最佳选择，获得了张家口及赤峰绿电进京指标；采用低谷绿电作为热源，补贴后谷电价格为OJ5元/(kWh).根据该电价进行核算，折算后的蒸汽运行成本为105元/t,作为新能源储能消纳供蒸汽示范项目，该运行成本仅为燃气运行成本(北京燃气价格2.6元/m3,蒸汽成本为208元/t)的50%左右，大大节省了运行费用。另外，本项目设计时考虑了用户负荷的变化，供出负荷调节为0%100%无级调节，调节灵敏度高，可避免蒸汽浪费。该项目有利于提高新能源利用比例，增强能源供应的多元化，能够为进一步提高能源利用安全性，也为实现双碳目标打好基础,具有较好的示范意义。该项目年供蒸汽1.8104t,年消纳风电0.13108kWh,相当于节约天然气约1.44106m3,减排N0x1.4t,减排CO23200t.4.结语在双碳目标的大背景下，碳减排成为了重要目标，风电、光伏的应用比例将会大规模提升，造成一定程度上的弃风弃光问题，因此，将储能技术用于削峰填谷将会得到较好的发展机遇。熔盐储能供蒸汽技术既消纳了新能源电力，为解决电网的调峰难题提