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1、前言

在全球氣候變暖(nuan)和不可(ke)再(zai)(zai)生能源日漸枯竭(jie)的背景下(xia)，隨(sui)著國家雙碳戰略(lve)的落地，國家大(da)力發展(zhan)太陽能、風(feng)能等可(ke)再(zai)(zai)生能源。

太陽能(neng)(neng)(neng)、風能(neng)(neng)(neng)的(de)不穩(wen)定性(xing)以(yi)及(ji)末端用(yong)能(neng)(neng)(neng)的(de)周期性(xing)峰谷(gu)波動，造(zao)成可(ke)再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)利用(yong)效(xiao)率不高。為適應(ying)清潔可(ke)再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)發(fa)電(dian)(dian)(dian)的(de)特點，需要有配套儲(chu)能(neng)(neng)(neng)系統來解(jie)決能(neng)(neng)(neng)源(yuan)供給與(yu)需求在時間(jian)、空間(jian)、強度上(shang)的(de)不匹配問題，即在電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)(neng)較(jiao)多時將(jiang)電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)(neng)儲(chu)存于儲(chu)能(neng)(neng)(neng)系統中(zhong)，在電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)(neng)不足時通過儲(chu)能(neng)(neng)(neng)系統來發(fa)電(dian)(dian)(dian)對(dui)電(dian)(dian)(dian)網進行電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)(neng)補(bu)充(chong)。

按照時長要求的不同，儲能的應用(yong)場景大致可以分(fen)為(wei)容量型(xing)（≥4h）、能量型(xing)（約1～2h）、功(gong)率型(xing)（≤30min）和備用(yong)型(xing)（≥15min）四類。

容量型儲能(neng)：場景包括削峰填谷或離網儲能(neng)等

能量型儲能：具有調峰、調頻和緊急備用(yong)等多重功(gong)能

功率型(xing)儲能(neng)：主要用于(yu)調頻等(deng)

備用型儲能：可作為(wei)不間斷(duan)電源提供緊急電力

按應場景劃分的儲能類型

在已(yi)知的清潔能源中，太陽能無疑是目(mu)前(qian)地球上可以開發(fa)的、儲(chu)(chu)量最多的可再生能源。但因(yin)受到季節分布和能耗需求不匹配的影響較大，如何將夏季的太陽能等熱能儲(chu)(chu)存于儲(chu)(chu)熱介(jie)質中，在冬(dong)季將熱量釋放(fang)出來用于供暖，達到夏儲(chu)(chu)冬(dong)用的理想狀態(tai)，成為當前(qian)行業主要研究發(fa)展方向。

當前，能(neng)(neng)量(liang)型儲(chu)能(neng)(neng)可以一定程度上緩解棄電(dian)現象(xiang)，但不能(neng)(neng)完全實現“削峰填谷”，而采用(yong)容(rong)量(liang)型儲(chu)能(neng)(neng)可以更好調節電(dian)力供需，同(tong)時可以更加充分利用(yong)峰谷電(dian)價(jia)提(ti)高利潤。因此，容(rong)量(liang)型儲(chu)能(neng)(neng)成為了未來新型電(dian)力系統的重要(yao)方向。

熔鹽在各類劃分標準下的表現

在容量型儲能的(de)諸多儲熱介(jie)質之(zhi)中，熔鹽具有儲熱密度(du)大、黏度(du)低、成本低、壽命長和(he)效(xiao)率高等方面的(de)性能優勢，成功脫穎而出。

2、什么是熔鹽儲熱

熔(rong)(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)是鹽(yan)(yan)類(lei)熔(rong)(rong)(rong)(rong)化形(xing)成的(de)(de)熔(rong)(rong)(rong)(rong)體(ti)(ti)，是由(you)陽離子和陰離子組成的(de)(de)離子熔(rong)(rong)(rong)(rong)體(ti)(ti)。我們通常所說的(de)(de)熔(rong)(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)是指無機鹽(yan)(yan)的(de)(de)熔(rong)(rong)(rong)(rong)體(ti)(ti)，如(ru)堿(jian)金屬、堿(jian)土金屬的(de)(de)鹵化物(wu)以(yi)及硝酸鹽(yan)(yan)、硫酸鹽(yan)(yan)等的(de)(de)熔(rong)(rong)(rong)(rong)體(ti)(ti)。廣義的(de)(de)熔(rong)(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)還包(bao)括氧化物(wu)熔(rong)(rong)(rong)(rong)體(ti)(ti)和熔(rong)(rong)(rong)(rong)融(rong)有機物(wu)。

熔鹽在(zai)標準溫(wen)度和大氣(qi)壓下為固態，而在(zai)溫(wen)度升高到一定(ding)(ding)程(cheng)度之后(hou)轉化(hua)為液態。在(zai)特定(ding)(ding)的傳熱儲熱場合，可以(yi)根(gen)據工藝技術要求來選取不(bu)同(tong)類別的熔鹽單體(ti)，也可以(yi)按照一定(ding)(ding)比例通過復配方式(shi)來制成(cheng)性能穩定(ding)(ding)的混合共晶(jing)鹽，以(yi)完成(cheng)特定(ding)(ding)的傳熱儲熱任務。

看似普通的熔鹽

如果(guo)利(li)用棄(qi)風、棄(qi)光(guang)的電能(neng)(neng)以(yi)及“低谷(gu)電”來(lai)加熱熔(rong)鹽，從而把(ba)這(zhe)(zhe)些電能(neng)(neng)轉(zhuan)變為(wei)熱能(neng)(neng)存儲起來(lai)，在用電高峰時(shi)再把(ba)這(zhe)(zhe)些熱能(neng)(neng)利(li)用起來(lai)，這(zhe)(zhe)樣就可以(yi)通(tong)過供(gong)熱系統(tong)來(lai)替代燃(ran)煤（或天然(ran)氣）鍋爐進行供(gong)暖了。這(zhe)(zhe)樣既提高了電網的穩定性，又(you)改善了大氣環境，同時(shi)還(huan)可以(yi)緩(huan)解氣荒和降低運營成本。

熔鹽儲能熱電解耦系統原理

3、熔鹽儲熱的優勢有哪些

在(zai)整個工作溫(wen)度(du)范圍(wei)內(nei)，熔鹽(yan)始終保(bao)持液態，吸收電能、輻射能等(deng)能量，當環境溫(wen)度(du)低(di)于(yu)熔鹽(yan)溫(wen)度(du)時，再將熱(re)能釋放(fang)出來(lai)，從(cong)而實現(xian)在(zai)升溫(wen)或降溫(wen)過程中(zhong)的溫(wen)差存儲熱(re)能。

因具有(you)較寬(kuan)液體(ti)溫(wen)度，儲熱(re)溫(wen)差大、儲熱(re)密(mi)度高、傳熱(re)性能好、工作狀態穩定(ding)、成本低等優勢，適合大規模儲熱(re)，單機(ji)可(ke)實現100兆瓦時(shi)以上(shang)的(de)儲熱(re)容量(liang)，成為儲能界(jie)一匹“黑馬”。

綜合來講，熔鹽儲熱優勢具體體現在以下幾點：

（1）儲(chu)熱功率大(da)，可以實現百兆瓦級(ji)儲(chu)能(neng)。例如甘肅省金昌市高(gao)溫熔鹽儲(chu)能(neng)綠色調峰電站儲(chu)能(neng)規模達(da)到600MW/3600MWh；

（2）儲(chu)熱(re)時(shi)間(jian)長(chang)，可以(yi)實(shi)現單日10h以(yi)上的儲(chu)熱(re)能力。敦煌(huang)百兆瓦熔鹽塔式(shi)光熱(re)電(dian)站的熔鹽儲(chu)熱(re)時(shi)間(jian)可以(yi)達到(dao)11個小時(shi)，遠遠高于當前2-4小時(shi)的配儲(chu)比(bi)例要求；

（3）儲(chu)熱(re)參(can)(can)數(shu)高，熔鹽儲(chu)熱(re)溫度可達595℃或更高，放熱(re)蒸汽參(can)(can)數(shu)可以達到(dao)亞臨(lin)界參(can)(can)數(shu)，能驅(qu)動汽輪機進行發電；

（4）儲(chu)熱速(su)度快(kuai)，可以滿(man)足(zu)負(fu)荷大(da)幅度波動的調節需(xu)求；

（5）儲(chu)熱效(xiao)(xiao)率高，接近抽(chou)水蓄能綜合(he)效(xiao)(xiao)率，能耗低；

（6）使(shi)用壽命長(chang)，熔鹽(yan)儲(chu)熱系統使(shi)用壽命可達30年(nian)以上；

（7）系統運(yun)行靈活，模(mo)(mo)塊化設計，儲熱功率模(mo)(mo)塊和(he)容量模(mo)(mo)塊相互(hu)(hu)獨立，儲熱過程和(he)發熱過程相互(hu)(hu)獨立，運(yun)行靈活，且可(ke)根據需求定制儲熱方案；

（8）運行安全(quan)(quan)可靠，帶有二元硝酸鹽的儲熱是一種(zhong)(zhong)安全(quan)(quan)性較高(gao)(gao)的儲熱方式。自1982年(nian)4月美國SOLAR ONE以來，全(quan)(quan)球669萬(wan)千(qian)瓦的太陽能熱發電裝(zhuang)機還(huan)未發生過類似鋰電爆炸等安全(quan)(quan)性事故，是一種(zhong)(zhong)高(gao)(gao)安全(quan)(quan)性的儲能方式；

（9）環保(bao)安全，不(bu)產生污染(ran)排放。

4、熔鹽儲熱的應用領域與案例

熔鹽是通過儲(chu)存(cun)熱量的方式來儲(chu)存(cun)能量的，如果需要儲(chu)存(cun)的是電(dian)能，那(nei)整個流程中需要完(wan)成“電(dian)能——熱能——電(dian)能”的轉換，效率很(hen)低；

如(ru)果需要(yao)存(cun)儲的是熱能，在(zai)升溫(wen)和降(jiang)溫(wen)過程中的溫(wen)差(cha)實(shi)現熱能存(cun)儲，整個過程是“熱能-電能”的轉換(huan)，當需要(yao)發電時，高溫(wen)罐(guan)熔鹽可(ke)以泵出，與水換(huan)熱產(chan)生蒸汽(qi)，推動汽(qi)輪機發電，損耗(hao)低、效率高。

熔鹽儲能可應用(yong)(yong)在采用(yong)(yong)熱能發(fa)電(dian)(dian)的(de)場景中，如光(guang)熱發(fa)電(dian)(dian)、火電(dian)(dian)廠改造(zao)等；或者(zhe)應用(yong)(yong)在終端能量需求為熱能而(er)非電(dian)(dian)能的(de)場景，如清潔供熱。

1）光熱發電系統中的應用：熔(rong)(rong)鹽(yan)將儲熱(re)和傳熱(re)介質合為(wei)一體，簡化電(dian)(dian)站系統組成。作為(wei)光(guang)熱(re)發電(dian)(dian)的(de)(de)(de)配套儲能設施，熔(rong)(rong)鹽(yan)儲熱(re)系統可提高(gao)太(tai)陽能的(de)(de)(de)利(li)用率，減少功率波動(dong)，促進電(dian)(dian)網穩定輸出(chu)。對于光(guang)熱(re)發電(dian)(dian)來說，應(ying)用較(jiao)多的(de)(de)(de)為(wei)二元熔(rong)(rong)鹽(yan)。常用的(de)(de)(de)二元熔(rong)(rong)鹽(yan)為(wei)60%的(de)(de)(de)硝酸鈉和40%的(de)(de)(de)硝酸鉀(jia)的(de)(de)(de)混合物。

2）為工業生產提供熱能：熔鹽儲熱(re)系(xi)統的(de)熱(re)能利用(yong)效率高，可實現余熱(re)、廢熱(re)的(de)回收利用(yong)，為工(gong)業(ye)園區的(de)食品(pin)加工(gong)、紡織(zhi)等企業(ye)提供穩定持續的(de)蒸汽、熱(re)風等高品(pin)質熱(re)源。

3）發電站中儲能：在火電(dian)廠加(jia)裝熔鹽儲熱(re)設備，可(ke)將其改造為儲能(neng)調峰(feng)電(dian)站，靈活輸出(chu)電(dian)力，儲熱(re)可(ke)轉化成蒸汽(qi)為用戶供熱(re)，提高(gao)電(dian)廠經濟效益(yi)。

5、熔鹽儲熱的未來發展前景

當前，在我國(guo)“30·60”雙碳目標(biao)引(yin)領下，在充分利(li)用(yong)綠色能(neng)源，自(zi)然(ran)無(wu)限量能(neng)量，也就是所說的(de)跨季節儲熱方(fang)面(mian)，太陽能(neng)和(he)風能(neng)利(li)用(yong)具(ju)有很大(da)的(de)發展潛力(li)和(he)工程價值。

我國(guo)目前(qian)建成規模(mo)最大、吸熱塔(ta)(ta)(ta)最高、可(ke)24小時連(lian)續發(fa)電(dian)的(de)100兆瓦級熔(rong)鹽(yan)塔(ta)(ta)(ta)式(shi)光熱電(dian)站——甘肅敦煌100兆瓦熔(rong)鹽(yan)塔(ta)(ta)(ta)式(shi)光熱電(dian)站，在占地7.8平(ping)方(fang)公里(li)的(de)發(fa)電(dian)站廠區內，140多萬(wan)平(ping)方(fang)米的(de)定(ding)日鏡以同心(xin)圓狀圍繞著260米高的(de)吸熱塔(ta)(ta)(ta)。

白天定日鏡就(jiu)會(hui)將光線反射集中(zhong)到吸熱(re)(re)(re)塔頂部(bu)，對熔鹽進(jin)行加熱(re)(re)(re)，其中(zhong)一部(bu)分(fen)熱(re)(re)(re)熔鹽進(jin)入蒸汽(qi)發(fa)(fa)生(sheng)器(qi)系統產生(sheng)過熱(re)(re)(re)蒸汽(qi)，驅(qu)動汽(qi)輪發(fa)(fa)電機組(zu)發(fa)(fa)電，一部(bu)分(fen)熱(re)(re)(re)量存儲在(zai)熔鹽罐(guan)中(zhong)，為夜晚(wan)滿負荷發(fa)(fa)電積(ji)蓄能量。

通過聚(ju)光吸熱(re)、儲能換熱(re)等環節，這(zhe)座電(dian)站(zhan)年(nian)發電(dian)量達3.9億(yi)(yi)(yi)千瓦時，每年(nian)可減排二氧(yang)化碳35萬噸，釋放相當(dang)于1萬畝森林的(de)環保效(xiao)益(yi)，同(tong)時可創造經濟效(xiao)益(yi)3億(yi)(yi)(yi)至(zhi)4億(yi)(yi)(yi)元。

該項目的成功并網投(tou)產，意(yi)味著中國(guo)(guo)光(guang)熱發(fa)(fa)(fa)電企(qi)業已掌握建設大規模熔鹽塔式(shi)光(guang)熱電站(zhan)的核心技術，也為中國(guo)(guo)光(guang)熱發(fa)(fa)(fa)電企(qi)業立足國(guo)(guo)內、邁向(xiang)國(guo)(guo)際(ji)新能源市(shi)場(chang)積(ji)累了雄厚的技術儲備(bei)，是我國(guo)(guo)光(guang)熱發(fa)(fa)(fa)電產業發(fa)(fa)(fa)展史上重要的里程碑。

國(guo)家首批利用太(tai)陽能(neng)熱(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)項目——新疆首個(ge)光熱(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)示范(fan)項目，由中(zhong)國(guo)能(neng)建承建的(de)新疆哈密熔(rong)鹽(yan)塔(ta)式50MW光熱(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)站，該項目首創了雙熱(re)(re)熔(rong)罐的(de)配(pei)置，高效利用吸熱(re)(re)塔(ta)中(zhong)的(de)熔(rong)鹽(yan)吸收(shou)太(tai)陽光熱(re)(re)量，將約290攝氏(shi)度(du)(du)的(de)熔(rong)鹽(yan)加熱(re)(re)成565攝氏(shi)度(du)(du)的(de)高溫熔(rong)鹽(yan)，再經(jing)過熱(re)(re)能(neng)交(jiao)換產生高溫高壓蒸汽(qi)，推動汽(qi)輪(lun)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)機發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)，

并配置13小時儲熱系(xi)統(tong)，確保(bao)機(ji)組(zu)24小時連續穩(wen)定運行(xing)，提高了機(ji)組(zu)的可靠性和(he)靈(ling)活(huo)性。

該項目(mu)每年(nian)可(ke)提供(gong)1.98億(yi)度(du)的(de)清(qing)潔電力，對促進(jin)太(tai)陽(yang)能熱發電國產(chan)化進(jin)程、改善地區能源結構、帶(dai)動當(dang)地相關產(chan)業(ye)經濟發展具有十分重要的(de)意義。

同類型的(de)(de)(de)工程(cheng)，目(mu)前(qian)有世界上投資規模最(zui)(zui)大(da)(da)、裝(zhuang)(zhuang)機(ji)容量最(zui)(zui)大(da)(da)、熔(rong)鹽罐儲熱(re)(re)量最(zui)(zui)大(da)(da)的(de)(de)(de)“光(guang)熱(re)(re)+光(guang)伏(fu)(fu)”混合發電(dian)項目(mu)，也是(shi)“一帶一路”建設的(de)(de)(de)典型工程(cheng)——阿聯酋迪拜950兆瓦光(guang)熱(re)(re)光(guang)伏(fu)(fu)電(dian)廠(chang)項目(mu)，占地面積44平(ping)方公里，相當于6000多個足球(qiu)場大(da)(da)，實現了“光(guang)熱(re)(re)發電(dian)技術”和(he)“光(guang)伏(fu)(fu)發電(dian)技術”的(de)(de)(de)結合，通過(guo)塔式(shi)和(he)槽式(shi)光(guang)熱(re)(re)機(ji)中安裝(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)7萬(wan)片集(ji)熱(re)(re)鏡(jing)，將大(da)(da)面積的(de)(de)(de)陽(yang)光(guang)反(fan)射并匯聚到太(tai)陽(yang)能(neng)收(shou)集(ji)裝(zhuang)(zhuang)置，在太(tai)陽(yang)能(neng)的(de)(de)(de)加熱(re)(re)下，收(shou)集(ji)裝(zhuang)(zhuang)置中的(de)(de)(de)熔(rong)鹽升(sheng)溫并熔(rong)化為液體，流(liu)入高溫熔(rong)鹽罐中儲存(cun)。

需(xu)要發(fa)電(dian)時(shi)，高溫熔鹽罐中的(de)熔鹽將(jiang)水(shui)加熱形成(cheng)蒸汽帶動發(fa)電(dian)機發(fa)電(dian)。與普通光(guang)伏電(dian)站僅能在(zai)光(guang)照充足時(shi)工作不同，該(gai)光(guang)熱電(dian)站項目的(de)一大特(te)點是能夠大量(liang)儲存(cun)陽光(guang)充沛時(shi)產生的(de)熱能，并(bing)在(zai)夜間或陰天時(shi)提(ti)供穩定的(de)電(dian)力(li)，做到24小時(shi)連續穩定地將(jiang)太(tai)陽能轉化為電(dian)能。項目建(jian)成(cheng)后可為迪拜32萬戶(hu)家庭提(ti)供綠色能源，每年(nian)可減少160萬噸碳排(pai)放。

還有(you)目前世界最(zui)(zui)大(da)容量的(de)熔鹽塔式光熱電(dian)(dian)站(zhan)——摩(mo)(mo)洛哥努奧三期項目，坐落在(zai)1430公(gong)頃荒漠地帶中(zhong)，有(you)65萬(wan)塊(kuai)光伏(fu)鏡面(mian)裝置，該項目不(bu)僅(jin)是中(zhong)摩(mo)(mo)‘一帶一路’建設最(zui)(zui)大(da)的(de)合作項目，也是摩(mo)(mo)洛哥境內最(zui)(zui)大(da)的(de)工(gong)程項目。規劃項目完全建成(cheng)后，供應摩(mo)(mo)洛哥近50%的(de)電(dian)(dian)力(li)需(xu)求，擺脫其能源困境。

熔(rong)鹽以(yi)其獨特的(de)(de)儲(chu)能優勢(shi)，迅速成為新能源發展中(zhong)的(de)(de)一顆新星。“用(yong)(yong)(yong)(yong)鹽取暖(nuan)(nuan)”方(fang)興(xing)未艾，“用(yong)(yong)(yong)(yong)鹽發電(dian)(dian)(dian)”已(yi)成為光(guang)熱(re)(re)(re)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)的(de)(de)標(biao)準(zhun)配置。熔(rong)鹽儲(chu)能可以(yi)參與火電(dian)(dian)(dian)機組靈活性(xing)改(gai)造、利用(yong)(yong)(yong)(yong)谷電(dian)(dian)(dian)加(jia)熱(re)(re)(re)熔(rong)鹽蓄熱(re)(re)(re)工(gong)業供(gong)汽(qi)、利用(yong)(yong)(yong)(yong)谷電(dian)(dian)(dian)加(jia)熱(re)(re)(re)熔(rong)鹽蓄熱(re)(re)(re)集中(zhong)供(gong)暖(nuan)(nuan)（“煤改(gai)電(dian)(dian)(dian)”）、利用(yong)(yong)(yong)(yong)棄風、棄光(guang)電(dian)(dian)(dian)加(jia)熱(re)(re)(re)熔(rong)鹽蓄熱(re)(re)(re)供(gong)暖(nuan)(nuan)、工(gong)業余(yu)熱(re)(re)(re)利用(yong)(yong)(yong)(yong)等(deng)，熔(rong)鹽儲(chu)熱(re)(re)(re)還可用(yong)(yong)(yong)(yong)于海水淡化、稠油開采、電(dian)(dian)(dian)網移峰填谷、分布式能源等(deng)多個領(ling)域，具有廣闊的(de)(de)發展前(qian)景(jing)。

在(zai)“30 60”雙碳目標背景下，發展(zhan)以新(xin)能(neng)源(yuan)為(wei)主體的(de)新(xin)型(xing)電力系統(tong)成(cheng)為(wei)我國(guo)能(neng)源(yuan)行業的(de)時(shi)代需要。新(xin)型(xing)儲能(neng)是支撐構建(jian)新(xin)型(xing)電力系統(tong)的(de)重要技術和(he)(he)基礎裝備，對推動(dong)能(neng)源(yuan)綠色轉(zhuan)型(xing)和(he)(he)保障能(neng)源(yuan)安全(quan)具有(you)重要意義，已成(cheng)為(wei)大局所需、大勢所趨、行業所向，正迎來規(gui)模(mo)化、融合(he)化、數字(zi)化發展(zhan)的(de)大潮。