熔鹽儲熱通過加熱熔鹽完成儲能,是長時儲能的一種技術路線。
熔鹽儲熱蓄熱時采用智能互補系統將風電、光伏、夜間低谷電作為熔鹽電加熱器的電源,通過熔鹽電加熱器加熱熔鹽,儲存熱量;放熱時在換熱系統中高溫熔鹽與水進行換熱,釋放熱量。
熔鹽儲熱儲原理
熔鹽儲能可以根據能量需求自由調整輸出時間,敦煌百兆瓦熔鹽塔式光熱電站的熔鹽儲熱時間可以達到11個小時。
首航高科敦煌100MW光熱發電站
根據太陽能光熱產業技術創新戰略聯盟統計,截至2021年底,全球太陽能熱發電累計裝機容量達到6.8GW,我國太陽能熱發電累計裝機容量為538MW。
我國光熱發電裝機容量
熔鹽儲熱招標/簽約/建設中總規模達到3047MW,有望實現跨越式增長。根據我們不完全統計,2022年招標/簽約/建設中的熔鹽儲熱項目達16個,總裝機規模達3074MW,其中甘肅省金昌市高溫熔鹽儲能綠色調峰電站儲能規模達到600MW/3600MWh,熔鹽儲熱項目規模大型化趨勢明顯。
2022年招標/簽約/建設中的熔鹽儲熱項目匯總
技術特點
大規模長時儲能,但轉化效率低
熔鹽儲熱作為一種新興的長時儲能方式,在新型儲能賽道上具有明顯優勢:
1)儲能規模大:熔鹽儲熱規模通常在幾十兆瓦到幾百兆瓦之間,例如甘肅省金昌市高溫熔鹽儲能綠色調峰電站儲能規模達到600MW/3600MWh,相對其他儲能方式,儲能規模更大。
2)儲能時間長:熔鹽儲能可以實現單日10小時以上的儲熱能力,敦煌百兆瓦熔鹽塔式光熱電站的熔鹽儲熱時間可以達到11個小時,遠遠高于當前2-4小時的配儲比例要求。
3)壽命長:熔鹽儲熱項目壽命在25年左右,高于電化學儲能壽命。
4)環保安全:熔鹽儲能工作原理是加熱熔鹽儲能,并通過蒸汽帶動汽輪機發電,整個過程不產生污染排放。
局限性
1)成本較高:已投運的裝機110MW配10小時儲能的新月沙丘熔鹽塔項目的總投資額約8億美元(約合人民54億元),據此測算投資成本在500萬/MWh左右,和抽水蓄能、壓縮空氣儲能等大規模儲能方式相當;
據《電化學與蓄熱儲能技術在可再生能源領域的應用》測算,在不考慮能量損失的情況下熔鹽儲熱度電成本約0.443元/kWh,則在50%轉化效率的情況下度電成本約0.886元/kWh。
2)能量利用率較低:在換熱系統中高溫熔鹽與水換熱,產生水蒸汽,驅動渦輪機工作階段能量浪費較多,效率較其他儲能方式比較低。
3)熔鹽具有腐蝕性:熔鹽中含有的氯化鹽、碳酸鹽、硝酸鹽具有一定的腐蝕性,對熔融罐、管道等設備具有一定的腐蝕作用。
4種典型應用場景
光熱發電+供熱供汽+火電靈活性改造
1)光熱發電:二元鹽(60%硝酸鈉+40%硝酸鉀)是目前多數光熱電站選用的傳儲熱工質,其熔點為220℃,最高工作溫度可達600℃。
2009年3月成功運行的西班牙安達索爾槽式光熱發電站配置了熔鹽儲熱系統,成為全球首個商業化聚光太陽能電站。
截至2021年末,熔巖儲能在全球儲能市場中累計規模占比1.6%,在國內累計規模占比1.2%。
2)清潔供熱:借助峰谷電加熱熔鹽蓄熱集中供暖的“煤改電”技術實施系統大致有熔鹽電加熱器、低溫、高溫熔鹽罐、混合熔鹽、熔鹽泵、熔鹽-水換熱器等設備,對面積超過10000m2的建筑更為適用,整個系統的投資成本大約在150元/m2,供暖運行成本根據峰谷電價不同在13~18元/m2,具有良好的經濟性能。
3)工業蒸汽:熔鹽蓄熱技術不僅可以使用谷電,還可以大量使用工業余熱、太陽能集熱或直接利用火電廠生產的蒸汽等,通過這些熱源來直接加熱熔鹽,便可以實現相比電熱轉換更高的能源轉換效率。
而在輸出端,熔鹽蓄熱系統除了供暖,還可以服務需求更加多樣化的工業蒸汽市場。
4)火電靈活性改造:火電靈活性改造的主要目標是改善火電機組的最小出力限制,擴大機組出力調節的幅度,減小熱電聯產組合中發電對發熱的配比,即熱電解耦。
目前實現發電機組熱電解耦的技術路線較多,熔鹽儲能技術是其中重要方法之一,其可與火電機組熱力系統參數相匹配,顯著改善火電機組供熱調峰能力。
蒸汽加熱熔鹽儲能的火電機組調峰技術與現有的火電機組調峰技術相比,具有能耗低、機組運行更節能可靠,改造成本低等優點。
熔鹽儲能火電靈活性改造原理
原文始發于微信公眾號(艾邦儲能與充電):熔鹽儲熱:長時儲能賽道的潛力路線