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顧名(ming)思義，“電(dian)-熱-電(dian)”模(mo)式即將電(dian)能(neng)轉(zhuan)換為熱能(neng)，然(ran)后再將熱能(neng)轉(zhuan)換為電(dian)能(neng)的技術模(mo)式。這(zhe)一(yi)技術模(mo)式在作(zuo)者(zhe)十年(nian)前提出時曾作(zuo)為笑(xiao)談，因為根據熱工原理這(zhe)一(yi)技術模(mo)式能(neng)效(xiao)顯然(ran)太(tai)低了，簡直可視為對能(neng)源的浪費。

毋庸諱(hui)言(yan)，在(zai)倡導節能(neng)(neng)減排、增效(xiao)降耗(hao)大(da)環(huan)境中，突(tu)然冒(mao)出(chu)這么(me)個技(ji)術著實(shi)(shi)讓人覺得可笑(xiao)。其(qi)實(shi)(shi)，現(xian)在(zai)仍有很多科班出(chu)身的(de)(de)(de)熱工技(ji)術人員對此(ci)不肖一顧。碳達峰和碳中和戰略目標的(de)(de)(de)提(ti)出(chu)，為中國未來(lai)的(de)(de)(de)綠色能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)發展指(zhi)明(ming)了方(fang)向(xiang)，特別是未來(lai)可再生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)在(zai)我國能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)領域逐漸由配角轉(zhuan)變(bian)為主角，“電-熱-電”技(ji)術模式(shi)的(de)(de)(de)優點逐漸顯現(xian)。

毫無(wu)疑問，“電(dian)(dian)-熱(re)-電(dian)(dian)”技(ji)術模式(shi)(shi)針對的(de)應用場景是不穩定不連續的(de)可再生能(neng)(neng)源(yuan)及電(dian)(dian)力(li)，特別是風電(dian)(dian)、光伏(fu)電(dian)(dian)力(li)很不穩定且(qie)品質低，光熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)投資(zi)成本(ben)(ben)高(gao)(gao)，而太陽也不總(zong)是高(gao)(gao)高(gao)(gao)掛在(zai)天空，只有發(fa)(fa)揮各自(zi)長處，趨利避害(hai)，才能(neng)(neng)從根本(ben)(ben)上(shang)克服太陽能(neng)(neng)熱(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)和(he)風電(dian)(dian)、光伏(fu)各自(zi)存在(zai)的(de)缺陷，最(zui)終實(shi)現可再生能(neng)(neng)源(yuan)替(ti)代化石能(neng)(neng)源(yuan)的(de)終極目標。而它(ta)們之間的(de)結合點，就(jiu)是通過電(dian)(dian)加(jia)熱(re)并儲熱(re)來實(shi)現，“電(dian)(dian)-熱(re)-電(dian)(dian)”技(ji)術模式(shi)(shi)的(de)新穎之處在(zai)于：

1、充分(fen)發(fa)揮太陽能(neng)(neng)熱發(fa)電(dian)的(de)儲熱優勢，通過(guo)電(dian)加(jia)熱器將不(bu)穩(wen)定的(de)風電(dian)、光伏(fu)電(dian)力為(wei)儲熱裝(zhuang)置補熱，克服太陽能(neng)(neng)熱發(fa)電(dian)與風電(dian)、光伏(fu)共(gong)有的(de)不(bu)連續(xu)、不(bu)可控的(de)缺陷。

2、利用太陽能(neng)熱(re)發(fa)電(dian)儲熱(re)優(you)勢將低品質(zhi)電(dian)力轉換(huan)為優(you)質(zhi)電(dian)力，同時(shi)延(yan)長發(fa)電(dian)時(shi)數至(zhi)5000小時(shi)以上(shang)，提高可(ke)再生能(neng)源的經濟性(xing)(xing)和競(jing)爭性(xing)(xing)。

3、可(ke)(ke)提(ti)高太陽能熱發電(dian)技(ji)(ji)術的地(di)域適(shi)應性，只要具備一(yi)定(ding)光照時(shi)數和具有一(yi)定(ding)風電(dian)、光伏裝機規(gui)模的地(di)區都可(ke)(ke)以采用(yong)這項技(ji)(ji)術。

“電(dian)(dian)(dian)-熱-電(dian)(dian)(dian)”技(ji)術能(neng)效(xiao)(xiao)靜態分析并不復雜，我國(guo)現(xian)有電(dian)(dian)(dian)轉(zhuan)熱技(ji)術主(zhu)要(yao)依賴(lai)電(dian)(dian)(dian)阻(zu)式加熱器或電(dian)(dian)(dian)熱鍋(guo)爐實現(xian)，這里既有采用(yong)直(zhi)流電(dian)(dian)(dian)的，也有采用(yong)交流電(dian)(dian)(dian)的，其能(neng)效(xiao)(xiao)多(duo)在(zai)95-98%。“熱-電(dian)(dian)(dian)”轉(zhuan)換(huan)則主(zhu)要(yao)采用(yong)蒸(zheng)汽朗肯(ken)循(xun)環(huan)或超臨界二氧(yang)化(hua)碳布雷頓循(xun)環(huan)發電(dian)(dian)(dian)機(ji)組，能(neng)效(xiao)(xiao)一般(ban)在(zai)38-50%，總能(neng)效(xiao)(xiao)也就30%上下。

由(you)此看來“電-熱-電”技(ji)術被詬病也不(bu)足為奇(qi)。但(dan)是如果放到以可(ke)再生能源為主的電力環境(jing)中，這一技(ji)術就(jiu)大(da)有作為。

優勢在于(yu)“電(dian)(dian)-熱-電(dian)(dian)”可(ke)以(yi)使用(yong)不穩定的(de)(de)所謂垃圾電(dian)(dian)力來制熱；可(ke)借助(zhu)光熱發(fa)電(dian)(dian)的(de)(de)儲熱設備(bei)實現多達10小時以(yi)上的(de)(de)長(chang)時儲能(neng)；熱儲能(neng)設備(bei)技術成(cheng)熟度高，產業鏈簡單，總的(de)(de)制造過程碳排放量(liang)低。特別(bie)是(shi)依托規(gui)模儲能(neng)，單位儲能(neng)成(cheng)本低，可(ke)與其他(ta)儲能(neng)技術進行(xing)有(you)效競爭。

“電(dian)-熱-電(dian)”技(ji)術與“電(dian)-氫-電(dian)”技(ji)術相(xiang)比(bi)，優勢明(ming)顯，例如電(dian)解(jie)水制氫每立方需耗(hao)電(dian)4-5度，氫液化需要(yao)消耗(hao)運輸的(de)氫的(de)能(neng)量的(de)30%，相(xiang)當于每運輸1kg氫氣消耗(hao)7-10 kWh能(neng)量。

由(you)(you)于液(ye)態(tai)氫(qing)為冷氫(qing)，通(tong)常，液(ye)態(tai)氫(qing)運輸(shu)(shu)溫度應該保持在(zai)-253°C左右，與環境溫度存(cun)較(jiao)大(da)溫差(cha)，因此對(dui)所用(yong)耐壓(ya)和(he)絕緣材料有(you)很(hen)高的(de)要求，還需要制冷系統維護，能(neng)耗(hao)也很(hen)可觀(guan)。如果將氫(qing)氣(qi)(qi)由(you)(you)液(ye)態(tai)轉(zhuan)為氣(qi)(qi)態(tai)輸(shu)(shu)送(song)用(yong)戶，以及(ji)使用(yong)燃(ran)料電(dian)(dian)池轉(zhuan)換為電(dian)(dian)能(neng)，現有(you)技術能(neng)效(xiao)多(duo)在(zai)40%左右。另外，所有(you)電(dian)(dian)解水制氫(qing)、氫(qing)液(ye)化、運輸(shu)(shu)設備和(he)車輛，閥門管道、燃(ran)料電(dian)(dian)池等的(de)設備制造(zao)和(he)產業(ye)鏈，其技術復雜程(cheng)度以及(ji)碳排放量遠(yuan)高于“電(dian)(dian)-熱-電(dian)(dian)”技術模式。

“電(dian)(dian)-熱(re)-電(dian)(dian)”技術依托的(de)(de)(de)是(shi)熱(re)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)技術，與抽水蓄能(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)空氣(qi)壓縮儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)技術相(xiang)比，都(dou)屬于長時儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)，但熱(re)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)設備技術相(xiang)對簡單(dan)成(cheng)熟，關鍵是(shi)熱(re)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)可吸納不(bu)穩(wen)定和(he)波動(dong)性很(hen)強的(de)(de)(de)可再(zai)生(sheng)(sheng)電(dian)(dian)力，而(er)抽水蓄能(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)空氣(qi)壓縮技術則需(xu)要穩(wen)定的(de)(de)(de)低谷電(dian)(dian)支撐，但隨(sui)著燃煤電(dian)(dian)站減少和(he)調峰能(neng)(neng)(neng)(neng)力下降，一旦可再(zai)生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)源成(cheng)為能(neng)(neng)(neng)(neng)源主力軍，低谷電(dian)(dian)成(cheng)為歷史，抽水蓄能(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)空氣(qi)壓縮儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)設備就會被閑置，巨額投(tou)資(zi)就會成(cheng)為垃圾資(zi)產。

尤(you)其在(zai)我(wo)國快(kuai)速提高(gao)可再生能(neng)源發電比例的情況下，未雨(yu)綢繆(mou)很有必要。

熱儲(chu)能與(yu)(yu)化學電(dian)池(chi)儲(chu)能相(xiang)比，突出特點是(shi)(shi)儲(chu)能容(rong)量大，單位儲(chu)能成本(ben)低(di)，這些(xie)是(shi)(shi)化學電(dian)池(chi)儲(chu)能無法(fa)與(yu)(yu)之競爭的，但是(shi)(shi)相(xiang)較靈活性熱儲(chu)能顯然不如化學電(dian)池(chi)儲(chu)能。

光(guang)熱(re)(re)發電(dian)(dian)(dian)技術本身是(shi)發展中的技術，特(te)別(bie)是(shi)通過(guo)電(dian)(dian)(dian)制熱(re)(re)為儲熱(re)(re)裝置(zhi)提(ti)供熱(re)(re)源(yuan)，目(mu)前尚未成熟一致(zhi)的技術方案。例如作者最早提(ti)出光(guang)熱(re)(re)發電(dian)(dian)(dian)與風電(dian)(dian)(dian)互補，其中最主要(yao)的是(shi)擺脫太陽能倍(bei)數(shu)理論束縛(fu)，在設計(ji)中要(yao)求光(guang)熱(re)(re)發電(dian)(dian)(dian)站最多(duo)按1.5倍(bei)鏡場設計(ji)，而原(yuan)計(ji)劃用于儲能的鏡場投資轉為投資風電(dian)(dian)(dian)場建設。如圖1所示。

圖1儲能時長與(yu)鏡場規模中的(de)太陽能倍(bei)數關系

此方(fang)式一可平抑(yi)和降低投資總費用，二可通過(guo)電(dian)制(zhi)熱(re)裝置(zhi)借助風(feng)電(dian)為儲(chu)能裝置(zhi)補熱(re)。在設(she)計中尤其(qi)需(xu)兼顧風(feng)電(dian)波動(dong)性的電(dian)力沖擊，最好通過(guo)氣象(xiang)數據和風(feng)電(dian)穩(wen)定程度來決定補熱(re)方(fang)式。

作者因此(ci)建(jian)議圍繞儲能設備(bei)采(cai)用串并(bing)聯電(dian)加熱(re)鍋爐和將(jiang)電(dian)加熱(re)器(qi)直接(jie)布置在儲能設備(bei)中的技術(shu)方案(an)，該方案(an)可較好(hao)的應對忽高忽低的風(feng)電(dian)沖擊(ji)。如(ru)果能夠接(jie)納電(dian)網過載電(dian)力(li)則建(jian)議使用串并(bing)聯電(dian)加熱(re)鍋爐模式(shi)，以提高電(dian)熱(re)轉(zhuan)換(huan)效率。如(ru)圖2所示：

圖(tu)2光熱發電與風(feng)電、光伏互補儲能(neng)

實際上“電(dian)(dian)-熱(re)-電(dian)(dian)”技術(shu)已(yi)經被國外很多科研技術(shu)人員采納，例如(ru)歐(ou)(ou)盟2020年10月新(xin)推出(chu)的SOLARSCO2OL計(ji)劃，決定采用(yong)光(guang)伏電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)與光(guang)熱(re)發(fa)電(dian)(dian)互補，通過電(dian)(dian)加(jia)熱(re)為儲熱(re)罐熔鹽補熱(re)，動(dong)力系統(tong)計(ji)劃采用(yong)超臨(lin)界二氧化(hua)碳發(fa)電(dian)(dian)技術(shu)，效(xiao)率提(ti)高至50%以上，該計(ji)劃動(dong)靜(jing)不(bu)小，歐(ou)(ou)盟資助該項目約1000萬歐(ou)(ou)元，由來(lai)自6個(ge)歐(ou)(ou)盟國家（意大利，西班牙，德國，希臘，比利時，瑞(rui)典）和(he)1個(ge)歐(ou)(ou)盟外國家（摩(mo)洛哥）的15個(ge)國際企(qi)業組成項目聯盟來(lai)實施，致力于(yu)開發(fa)一種具有創新(xin)性，經濟上可(ke)行且(qie)易于(yu)復制的超臨(lin)界CO2電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)，再(zai)加(jia)上快速反應的電(dian)(dian)加(jia)熱(re)器和(he)高效(xiao)熱(re)交換器，帶來(lai)全新(xin)的電(dian)(dian)站(zhan)(zhan)布(bu)局設計(ji)和(he)運(yun)行理念。如(ru)圖(tu)3所示：

圖3歐盟SOLARSCO2OL計劃示范

近年(nian)來西班(ban)牙比(bi)較有名氣的(de)企業也(ye)準(zhun)備采用(yong)該(gai)技術(shu)投標該(gai)國新的(de)光(guang)熱發(fa)電(dian)項目(mu)。經(jing)查美(mei)國專利中包括日本東芝(zhi)和(he)美(mei)國企業也(ye)有類似利用(yong)風(feng)電(dian)進行“電(dian)-熱-電(dian)”互補(bu)的(de)太陽能(neng)熱發(fa)電(dian)專利，而且(qie)已經(jing)獲得授(shou)權，但與我(wo)(wo)們(men)的(de)技術(shu)差別還很大，特(te)別是(shi)在審查中還曾引用(yong)我(wo)(wo)們(men)的(de)專利做對照。2013年(nian)后我(wo)(wo)國很多院校和(he)科研(yan)單位也(ye)都發(fa)表過相關論文，均證明了該(gai)技術(shu)的(de)可行性。

近來(lai)國內很(hen)多央(yang)企相繼準(zhun)備建立包括風電、光(guang)伏和光(guang)熱(re)發電在(zai)內的源網荷(he)儲(chu)(chu)一體化(hua)(hua)項目，同時國家能(neng)(neng)源局也鼓勵重大創新示范，要求各省級(ji)(ji)能(neng)(neng)源主(zhu)管部門在(zai)確保安(an)全前提下，以需求為導向，優(you)先考慮含光(guang)熱(re)發電、氫能(neng)(neng)制(zhi)輸(shu)儲(chu)(chu)用，梯(ti)級(ji)(ji)電站(zhan)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)、抽(chou)氣蓄能(neng)(neng)、電化(hua)(hua)學(xue)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)、壓縮空氣儲(chu)(chu)能(neng)(neng)、飛輪儲(chu)(chu)能(neng)(neng)等新型儲(chu)(chu)能(neng)(neng)示范的“一體化(hua)(hua)”項目。因此(ci)“電-熱(re)-電”技(ji)術(shu)的儲(chu)(chu)能(neng)(neng)優(you)勢必將凸顯，在(zai)未來(lai)的可(ke)再生能(neng)(neng)源電站(zhan)中或將成為技(ji)術(shu)主(zhu)流(liu)。

注：本文作者系太陽能熱發電技術資深學者張建城。