中國儲能網(wǎng)訊：8月24日—26日，2024碳中和能源高峰論壇暨第四屆中國國際新型儲能技術(shù)及工程應(yīng)用大會與新型儲能技術(shù)青年科學家論壇在深圳正式舉辦。在8月26日下午進行的新型儲能技術(shù)青年科學家論壇上，北京工業(yè)大學機械與能源工程學院教授、院長助理張燦燦做了題為《熔鹽長時儲能技術(shù)的應(yīng)用場景及研究進展》的主題報告演講。
以下內(nèi)容根據(jù)大會發(fā)言整理，僅供參考。
大家好，非常榮幸能在這里向大家匯報一下我們課題組在熔鹽長時儲能方面的一些研究進展，這可能有別于前面一些儲能技術(shù)，前面是電化學儲能、壓縮空氣儲能，我們是儲熱技術(shù)。
我的匯報分三方面，首先給大家介紹一下什么是熔鹽，熔鹽在常溫下是粉末狀的，比如我們吃的食鹽，也可以是熔鹽的一種材料。在高溫下慢慢溶化變成液體，現(xiàn)在主要的熔鹽儲能技術(shù)是用熔鹽的顯熱儲熱。我們對熔鹽的定義，通常用的是兩種或者兩種以上的無機鹽，通過一定的比例得到一個共晶的熔鹽，這樣的熔鹽可以降低熔點，比分解溫度要高，進一步拓寬了液體溫度范圍，增加了儲能密度。
現(xiàn)有的熔鹽儲熱主要是雙罐高溫熔鹽液體顯熱儲熱，是低成本壽命大容量長時儲能技術(shù)。熔鹽儲能主要優(yōu)點：儲能密度高、儲能成本低。與電化學儲能成本低，它的傳熱系數(shù)高，可以精確的控制熔鹽的進出口溫度，調(diào)控它的儲熱或者進熱的速率。
熔鹽儲能在“雙碳”目標中將發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)有的儲能技術(shù)主要以抽水蓄能為主，單單依靠抽水蓄能沒有辦法完全滿足我國將來在“雙碳”目標下對儲能的需求，就迫切需要發(fā)展除了抽水蓄能之外的新型低成本大容量的長時儲能技術(shù)。
熔鹽儲能可以應(yīng)用在哪些方面？比如供電側(cè)，太陽能光熱發(fā)電、火電廠深度調(diào)峰和改造。電網(wǎng)側(cè)，比如我們用熱泵儲電還有壓縮空氣儲能電站里都可以用到熔鹽。用戶側(cè)，給企業(yè)供熱、供冷、供氣都可以。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，一半以上的能源都是以熱能的形式消耗，所以熔鹽儲能將來在能源里將會發(fā)揮非常重要的作用。
接下來給大家介紹一下熔鹽儲能的應(yīng)用場景。
熔鹽儲熱在太陽能光熱電站里廣泛應(yīng)用，這和光伏的區(qū)別是光伏相當于是把太陽光能直接轉(zhuǎn)換成電能，光熱發(fā)電有一個聚光集熱，把太陽的熱量儲存在熔鹽里，通過換熱器產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，再推汽輪機做功。光電發(fā)熱有一個非常大的優(yōu)勢是自帶儲能屬性，可以實現(xiàn)一天24小時連續(xù)發(fā)電，沒有太陽時也可以發(fā)電。太陽能光熱發(fā)電和熔鹽儲能結(jié)合起來，可以提供連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的符合用戶要求的高品質(zhì)的電能。這是太陽能光熱發(fā)電的特點。
太陽能光熱發(fā)電主要分以下幾方面：主要有槽式、塔式、線性菲涅式、蝶式等。熔鹽既作為傳熱介質(zhì)又作為蓄熱介質(zhì)，西班牙、美國的太陽能光熱電站建設(shè)比較早，我們國家2016年開始陸續(xù)建設(shè)熔鹽儲熱傳熱太陽能光熱發(fā)電站，一般位于我國西北地區(qū)，比如青海、新疆、甘肅。全世界首座也是我國第一座，線性菲涅熔鹽傳熱蓄熱電站在敦煌建成的。太陽能光熱發(fā)電自帶儲能，具有可以參與調(diào)峰調(diào)頻，可以實現(xiàn)24小時連續(xù)發(fā)電。這是光伏、太陽能發(fā)電最大的不同。
2024年3月底，我國在建和擬建的光熱發(fā)電項目，紅色是光電發(fā)熱裝機容量，總共在建的超過40多個，總共4800MW，基本在2025年要建成。
熔鹽可以用于電加熱的熔鹽儲熱聯(lián)合儲能電站，把棄風棄光的電儲存起來，做成一個調(diào)峰儲能電站。氣體壓縮熱泵加熱熔鹽儲熱發(fā)電，實現(xiàn)和抽水蓄能相當?shù)男?、儲能密度和壽命。對于熱泵儲電，德國、美國、英國等研究較早。美國現(xiàn)在已經(jīng)建成示范項目，但沒有報道相關(guān)數(shù)據(jù)。
熔鹽的另外一個重要應(yīng)用場景是在火電靈活性改造，隨著我國可再生能源裝機容量增加，發(fā)電量上升，需要對火電廠的負荷進行調(diào)節(jié)。這個調(diào)節(jié)有很多種方法，比如提升了火電機組的爬坡速率、增加調(diào)節(jié)能力等等。儲熱技術(shù)已經(jīng)成為火電廠實現(xiàn)熱電解耦和火電廠儲熱靈活改造。主要的技術(shù)特點是：將汽輪機的蒸汽抽出存儲，減少蒸汽做功，實現(xiàn)降負荷。在高峰時間可以把抽出來的蒸汽返回到機組做功。為什么說熔鹽儲熱在火電靈活性改造非常適合？這是由于火電廠蒸汽參數(shù)和熔鹽儲熱參數(shù)非常匹配，現(xiàn)在我們課題組也研發(fā)出了一系列600多度的熔鹽儲熱材料。高溫蒸汽熔鹽儲熱是實現(xiàn)火電廠深度調(diào)峰最有潛力的。對于600兆瓦的機組，我們通過不同的技術(shù)路線進行了研究（見PPT）。通過理論計算，不論是電加熱熔鹽儲熱還是主蒸汽、再熱蒸汽，都可以實現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)目標降低15%。從綜合發(fā)電煤耗來說，通過再熱蒸汽抽氣，深度調(diào)峰系統(tǒng)是最優(yōu)的方案。熔鹽儲熱在火電廠靈活性改造中已有兩個示范工程應(yīng)用，一個是江蘇國信靖江，還有一個是華能魏家峁電廠。
谷電或棄風棄光電加熱熔鹽儲熱供熱可以把便宜的谷電或棄風棄光電儲存在熔鹽中，需要的時候再釋放出去。這只是針對需要用熱的用戶，比較經(jīng)濟劃算，我們也計算了不同的供暖成本，得到的結(jié)論是谷電價格兩毛以下比較經(jīng)濟劃算。這是現(xiàn)在建成的用谷電或棄風棄光電加熱熔鹽供暖的示范工程。
同時也可以用太陽能/余熱加熱熔鹽蓄熱功能系統(tǒng)，可以實現(xiàn)分布式蓄熱技術(shù)，用戶用能的匹配。這是我們在河北臨城建成的示范工程（見PPT），也是中英國際合作項目，已經(jīng)通過國家科技部的驗收。
熔鹽儲熱也可以在壓縮空氣中進行應(yīng)用，現(xiàn)有的壓縮空氣儲熱主要是導熱油和水，如果壓縮空氣儲熱溫度需要到350度的，可以用低溫熔鹽進行儲存，那么壓縮空氣儲能效率可以提高3-6%。
現(xiàn)在熔鹽儲熱總裝機能量大概21GWh，根據(jù)國際可再生能源署預(yù)測，2030年最高到631GWh。
接下來匯報一下我們團隊在熔鹽儲熱方面的一些研究。
這是我們研究團隊的老師，馬重芳老師、吳玉庭老師，包括團隊的成員（見PPT）。
我們的研究主要通過以下三方面：熔鹽制備與熱物性測試、熔鹽對流換熱性能研究、系統(tǒng)示范工程應(yīng)用。
低熔點寬溫域低成本低腐蝕是熔鹽儲熱的研究方向。這是對于現(xiàn)有研究的總結(jié)。太陽鹽、HTTEC鹽、碳酸鹽、氯化鹽都存在一系列問題，在這個基礎(chǔ)上研發(fā)了一系列低成本、低熔點、寬溫域的混合熔鹽，進行了一系列對比，紅色是我們自己研發(fā)的（見PPT）。
同時我們通過研發(fā)一系列低熔點熔鹽的納米流體，提高儲熱密度和流動傳熱性能。我們也在國內(nèi)建立了首個熔鹽流動傳熱試驗平臺，獲得的實驗結(jié)果和我們發(fā)表的文章也被美國愛達荷核能實驗室作為熔鹽傳熱的推薦計算公式，在他們報告里把我們得到的文獻結(jié)果寫在他們的報告里。我們也研發(fā)了一系列換熱設(shè)備，包括單罐熔鹽、熔鹽換熱器等等。這是我們現(xiàn)有的熔鹽應(yīng)用工程，比如華能魏家峁電廠里，它的抽蒸汽儲熱用的是我們的低熔點熔鹽。我們的熔鹽也在鋼鐵行業(yè)淬火里，也在供暖里應(yīng)用。
我們也獲得了國家重點研發(fā)計劃項目支持，我們是寬液體高溫熔鹽儲熱項目的負責單位，吳老師是項目負責人，發(fā)表了一系列文章，申請了一系列專利標準，包括國家標準、國際標準?，F(xiàn)在我們起草的一個熔鹽的國家標準，同時這個國家標準也被升級為IEC的國際標準。
我們與國電投成立了國家能源用戶側(cè)儲能創(chuàng)新研發(fā)中心，和浙江高晟研究院成立了聯(lián)合研發(fā)實驗室，也和百川光熱、中能建數(shù)科、中船新能源、中能建北京電力等等成立了一系列聯(lián)合研發(fā)中心。
總結(jié)：
熔鹽儲熱是低成本長壽命大容量的長時儲能技術(shù)，在核電、太陽能熱發(fā)電、谷電或棄風棄光熔鹽蓄熱式供熱、火電廠調(diào)峰調(diào)頻電站、間歇高溫工業(yè)余熱蓄熱、高溫工業(yè)傳熱等領(lǐng)域都有應(yīng)用價值，市場空間巨大。
北京工業(yè)大學在北京重點研發(fā)計劃、973和863、國家自然科學基金等六千多萬元科研經(jīng)費支持下，先后開發(fā)了6種低熔點寬液體溫域混合熔鹽配方，大幅度提高了熔鹽的儲能密度，降低了儲能材料和系統(tǒng)的投資，降低了系統(tǒng)凍堵風險和防凍堵代價，滿足了高參數(shù)高效儲熱發(fā)電和高溫傳熱的需求。
團隊研發(fā)的低熔點寬液體溫域高溫混合熔鹽先后載貨電廠靈活性改造、低谷電加熱熔鹽蓄熱供暖示范工程，熔鹽傳熱蓄熱的但螺桿有機朗肯循環(huán)分布式太陽能熱發(fā)電示范工程等項目中進行了應(yīng)用，運行性能優(yōu)良。
再次非常感謝課題組各位老師同學的付出，也感謝國家科技部、國家基金委、北京市、青海省、內(nèi)蒙古等等各個部門的支持。
我的匯報到此結(jié)束，敬請批評指正，謝謝大家！
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