淺析燃氣鍋爐未來低碳綠色發展路徑————“燃氣+”光熱熔鹽儲能供熱融合創新應用技術

近期隨著俄烏戰亂對全球能源供給的重大影響，加上國內能耗能源“雙控”目標任務的加速落實。加快構建清潔低碳、安全高效的能源體系，促進能源高質量發展和經濟社會發展全面綠色轉型，為科學有序推動如期實現碳達峰、碳中和目標和建設現代化經濟體系提供保障。作為“煤改氣”發展到今天，我國已經成為全球最大的液化天然氣進口第一大國，燃氣調峰電站的加速替代燃煤電站的增長，勢必給燃氣用戶帶來能源上漲和保供安全風險，供暖季的工業企業錯峰減產從試點逐漸變為了常態化。再加上能耗雙控和雙碳減排的問題管控，是需要所有燃氣用戶，特別是工業燃氣鍋爐用戶需要盡早預警，盡快轉型探索安全穩定能源結構的策略和方案。

從國內能源發展調整趨勢來看，“煤改氣”會慢慢減少變為“煤改電”增多的發展，電代煤、電代氣、電代油的能源替代路徑發展，同時伴隨著可再生能源的替代燃氣也在轟轟烈烈的試行，從單一燃氣鍋爐的形式逐步向燃氣耦合可再生能源、綠色電力等清潔低碳的路徑轉型發展?；谌細忮仩t產生蒸汽和供熱為主的應用現實，我們重點討論可再生能源中最直接利用的太陽能光熱技術來分析。隨著光熱發電技術在國內的示范到規模應用，越來越多的聚光集熱技術型式在可再生能源清潔熱能替代行動中嶄露頭角。

首先，從“燃氣+”可再生能源太陽能聚光集熱替代部分天然氣，以白天為主替代時段，我們從國際上面最成熟的槽式技術入手，創新研究跨界耦合燃氣蒸汽供熱鍋爐的互補利用，作為燃氣鍋爐耦合的創新高效聚光集熱技術，需要在光熱發電的基礎上面，進行跨界再創新應用。

槽式太陽能聚光集熱技術系統（網絡圖片）

槽式光熱集熱技術耦合“燃氣+”用于工業蒸汽領域，在設計階段應該擯棄傳統光熱發電用槽式集熱的相對高成本的設計思想，在優化中我們利用更匹配應用溫度區間采取降低集熱溫度（從集熱場出口溫度393℃向下降低到235℃左右）、從繁到簡（采用4片反射鏡組成的拋物線降低到2片組成）、從大到?。ㄩ_口寬度從5770mm降低到3000mm，焦距從1710mm降低到950mm）、從長到短（集熱器組合從150m減少到50m）的思路，通過對大量工業蒸汽客戶的調研，集熱場的出口溫度比光熱發電領域至少降低了150℃以上，這使得材料、導熱介質、全系統的配置成本大幅下降，溫度和壓力降低也降低了集熱系統的安全風險，反射鏡采用兩片的設計極大的降低了施工安裝成本。

總結現有光熱發電用槽式集熱技術設計模式特點，針對工業蒸汽領域可以利用當前市場中常規的中高溫槽式集熱技術，通過提高適應性的設計思維，采用開口3000mm的集熱器比常規產品提高14%的寬度比例，實現了兩片反射鏡產品設計，接近合理極限寬度，同時焦距設計也在此基礎上提高了10%，相應的采光面積也提高了14%；采用設計長度3000mm的集熱管比常規產品提高33%的長度比例，實現了原來三支改為兩支集熱管產品的設計匹配，降低成本減少施工焊接接口30%左右；為了在金屬結構成本降低做了更加適應性優化設計，滿足可靠性能和降低成本的雙向要求。通過合理降級加上優化升級雙重系統設計后，導熱介質在最高溫度的設計上控制在了315℃以下，導熱油的冷凝點從14℃下降到-18℃，以此降低導熱、傳熱系統的防凝成本。未來低熔點熔鹽直接導熱打下堅實的基礎，采用單一介質集熱、導熱、傳熱、儲熱實現系統更高效率做好充足的準備和基礎驗證。

槽式有機朗肯發電加供熱的多能互補參考工藝技術

在槽式集熱系統的設計方面，主要從以下幾個方面進行了優化：1、集熱系統的高度與建筑物匹配設計；2、槽式拋物線短焦距技術，解決陽光二次污染問題；3、土地空間的利用，單軸跟蹤技術能夠提高光學接收效率（相比非跟蹤技術），設計更輕便標準模塊化的拋物面型結構方式；4、集熱系統采用導熱油作為吸熱、傳熱、換熱介質，能夠降低系統壓力，提高系統安全穩定性，同時配置導熱油緩沖罐；5、未來直接低熔點熔鹽導熱儲熱技術會逐步替代，滿足熔鹽儲能供熱一體化融合創新應用的需要。經過蒸汽發生器內的換熱器加熱水，從而給客戶提供穩定的蒸汽，避免云的遮擋給系統帶來的不穩定影響；6、設計合理的（熔鹽）儲能方案，為用戶提供更長時間的太陽能蒸汽利用小時數，目前針對儲能的技術在可考慮配置低成本固體儲熱、導熱油、低熔點鹽、相變材料等多種模式，為不同用戶的需要設計最佳的儲熱方案，以滿足用戶的蒸汽穩定需要。

其次從“燃氣+”熔鹽儲能供熱替代部分天然氣，著力提升電能替代用戶靈活互動和新能源消納能力，之所以現階段考慮采用熔鹽儲能方式替代部分天然氣消耗，主要考慮是能源結構的快速變化，也是作為電能替代耦合利用的互補模式，減少低碳排放的有效途徑，充分利用新能源高速增長的未來趨勢，以消納新能源為主體的熔鹽儲能技術，從現階段的4小時、6小時逐步慢慢走向替代更多時長，不僅僅是從經濟性上面考慮，也是隨著能源結構低碳綠色發展的腳步逐步匹配發展。

熔鹽儲能供熱技術主要由熔鹽材料、熔鹽儲罐、熔鹽泵、電加熱器、換熱器、除氧器、控制系統和各種水泵以及管道閥門等組成。熔鹽儲能系統采用冷熱熔鹽雙罐設計，根據不同的運行模式，通過改變熔融鹽的流向，來決定系統是儲熱還是放熱。

熔鹽儲能供熱和發電系統（網絡圖片）

如何針對“燃氣+”熔鹽儲能供熱技術融合利用，采用熔鹽儲熱技術應用更多的工業蒸汽電能替代，作為用戶側可控負荷的使用和推廣，一邊解決天然氣價格持續上漲和低碳減排壓力，更助力新能源配置儲能的比例要求和消納新增新能源難題，這個是“燃氣+”熔鹽新型儲能技術為工業低碳發展的現實價值；基于它是作為目前在光熱發電領域被證實的最成熟技術路徑。

融合統籌能源綠色低碳轉型和能源供應安全保障，提高適應“燃氣+”可再生能源、電能替代、新型儲能創新發展以及應對能源供應保障能力，優化能源多元化儲備設施布局，完善煤電油氣供應保障協調同綜合能源利用機制。加快形成燃煤油氣儲備、可再生能源替代儲備和電能綠色替代與熔鹽儲能有機結合、互為補充，產能儲備和其他儲備方式相結合的新型綜合能源利用體系。

注：本文由山西常晟新能源科技王工（13810518839）供稿，歡迎行業朋友聯系交流。