日前,在由中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司、國家太陽能光熱產業技術創新戰略聯盟、CSPPLAZA光熱發電平臺共同主辦、首航高科能源技術股份有限公司聯合主辦的2022中國風光熱互補新能源基地開發大會上,西子清潔能源裝備制造股份有限公司技術專家劉可亮就《利用綠電熔鹽儲能,助力零碳產業園的實踐》作了主題報告。
圖:劉可亮作主題發言
劉可亮指出,熔鹽儲能具有溫域寬、熱容高、換熱強、流阻小、成本較低、安全性好等多種特點和優勢,不但可以應用于電源側風光荷儲一體化電站和火電靈活性改造方面,在用戶側——零碳園區、工業余熱利用等領域也可以發揮重要作用。
劉可亮重點介紹了熔鹽儲熱技術在用戶側的兩種應用場景:
場景一:電儲熱供熱
利用熔鹽儲熱技術,將成本較低的綠電或谷電轉化為熱能儲存;需熱高峰時,熔鹽儲熱系統將熱能轉化為蒸汽,用于補充企業高峰供熱能力。
優勢:系統相對獨立,調節速度快,向下調峰能力強。
場景二:熱儲熱供熱
利用機組高壓蒸汽加熱熔鹽,儲存富余熱能;需熱高峰時,熔鹽儲熱系統將熱能轉化為蒸汽,用于補充企業高峰供熱能力。
優勢:儲熱成本低,利用效率高,增加機組調峰能力。
隨后,劉可亮以西子航空零碳項目和紹興綠能項目為例展示了熔鹽儲能等技術在零碳產業園區的具體應用效果和發展潛力。
更多精彩內容,請閱讀下面刊出的劉可亮的演講全文:
劉可亮:大家好!非常榮幸能有機會在這里跟大家交流,我報告的題目是《利用綠電熔鹽儲能,助力零碳產業園的實踐》,共分為四部分:
第一、簡要介紹一下西子潔能。
西子潔能此前叫杭鍋集團,我們很早就介入了光熱發電領域;2022年公司更名為西子潔能,更名的背景是:在國家雙碳的背景下,傳統能源利用方式一定會向清潔能源+儲能方向轉變。
之前我們做了很多節能環保類的設備,截至去年,我們累計供貨節能環保設備共3千多套,每年可以發電2100億度,節約標準煤6600萬噸,減排二氧化碳1.62億噸,這個量相當于中國碳排放總量的1%還要多一點。
我們非常注重和相關科研院所及高校之間的合作,已合作單位包括浙江大學,西安交通大學,中科院等。
一直以來,西子潔能非常注重質量控制,西子聯合旗下的企業除了西子潔能之外,還有很多板塊,其中一個板塊是航空板塊,航空板塊對質量的要求非常高,我們希望用航空品質來提供能源制造類的優質產品。
第二部分、簡單介紹下西子潔能在光熱發電方面所做的一些工作。
我們從2010年開始進入光熱發電領域,2011年合資成立了中控太陽能公司,開始做水工質的相關實驗;2013年,10MW水工質試驗項目一期在德令哈成功投運;2014年,開始做熔鹽工質的開發,并在杭州小試平臺開展了驗證實驗;2016年,熔鹽工質的技術路線在德令哈10MW項目上進行了改造性嘗試;2018年,我們做的德令哈50MW項目順利投產;2019年,我們為青海共和和魯能海西兩個50MW光熱發電項目都提供了相關設備和系統;2019年,我們還為希臘Minos項目前置試驗項目供貨了吸熱器,但由于疫情原因后續的50MW項目建設有所滯后。
2021年,我們進行了100MW甚至更大容量光熱發電系統相關技術的研發,最近剛剛中標了甘肅金塔100MW光熱項目吸熱器和熔鹽蒸汽發生系統;此外,我們也在積極關注南美、中東等海外市場。
這張圖是青海中控德令哈50MW熔鹽發電項目的數據,鏡場采光面積542700平方米,塔高200米,熔鹽用量1萬噸多一點,發電量是1.46億度電。昨天許多專家都介紹了,該項目在過去的一年里運行數據非常好,11個月發電達成率已經達到了全年的設計發電量。在這個項目當中,西子潔能供貨了熔鹽吸熱器、熔鹽蒸汽發生系統以及跟熔鹽相關的一些關鍵裝備。
西子潔能在塔式光熱發電領域可以提供吸熱器系統、熔鹽-蒸汽發生系統、熔鹽儲能系統、鋼結構吸熱塔等;在槽式、菲涅爾光熱發電領域可以提供導熱油-熔鹽換熱系統、熔鹽儲能系統、導熱油-蒸汽發生換熱和鋼結構等;此外,我們還可以提供電網調峰、熔鹽/導熱油供熱方案、定制化的熱力系統和CSP電站投資建設等個性化、專業化服務。
上面這張圖是我們在光熱和熔鹽儲能方面的一些主要業績。
最近兩年,我們在探討把熔鹽儲能技術向用戶側拓展,因為熔鹽是非常好的儲能介質。昨天很多專家也說了,它的應用領域應該不僅僅是光熱發電領域,這兩年我們在向用戶側找一些合適的場景來拓展熔鹽應用,尤其是對于熱用戶或熱電聯供等用戶來說熔鹽儲能是非常好的方式。同時,因為電網對火電靈活性要求越來越高,在火電靈活性改造方面,熔鹽儲能技術也能發揮非常大的作用。
第三、零碳路徑。
簡單介紹一下我們在零碳或者是低碳方面所做的工作,大致分成以下幾方面:
第一方面,提高傳統能源利用效率。西子潔能原來的產品主要是余熱鍋爐相關的節能裝備,能效提高的路徑和我們原來的產品的結合度都是非常高的。
第二方面,就是利用新能源、電氣化技術來替代傳統的化石燃料,方面是國家正在花大力氣做的事情,包括清潔能源的規劃,風能,太陽能,以及水力發電在未來電網當中占的比例會越來越高,昨天相關的專家說到2050年前后,這個比例會達到70%甚至更高。
第三方面,要實現碳中和未來可能還需要碳匯的技術,現在西子潔能在和一些高校來做這方面的技術儲備和聯合開發。
今天我的報告主要是講熔鹽儲能,熔鹽的特性大家比較了解,我概括了一下主要有這些優勢:
一是溫域比較寬,光熱領域常用的二元熔鹽工作范圍一般是280℃-570℃左右。二是熱容特性非常好,換熱能力非常強,同時流速比較小。另外它的成本比較低,安全性相對于電化學儲能更好一些。
它的應用場景,除了電源側的風光荷儲一體化混合電站之外,在火電靈活性改造領域也有非常大的應用潛力。同時,在用戶側針對高耗能企業建設的低碳/零碳園區,工業余熱利用等領域都有非常好的應用前景。
除了光熱發電之外,我們認為熔鹽在兩種場景的應用比較典型,一種是電儲熱供熱:即利用電加熱熔鹽,產生的高熔鹽儲存到鹽罐里面,儲存的熱量通過換熱再到蒸汽發生系統產生相關參數的蒸汽,用來供熱或者發電都可以。這種場景在用戶側比較多,西子潔能是浙江省企業,省內有很多企業是用熱大戶,因此我們認為熔鹽儲能和用熱結合是一個比較好的場景。
另一個場景是熱儲熱供熱:儲的能源是熱,不是電,在火電廠里面調峰一般用低谷電,即電價低的時候我們可以用電來加熱,實際上也可以用蒸汽加熱,如果用蒸汽加熱,前面省掉了熱電轉換的環節,能量利用效率可以大大提高。我們現在跟大型電力集團下面的一些發電企業在做這方面的研究開發以及工程應用前面的一些工作。
此外我們認為電極鍋爐技術也是一個和零碳相關的技術,尤其在綠電和低谷電的消納方面,電極鍋爐是非常經濟性的途徑。因為電極鍋爐可以比較快的實現電的消納,往下調峰的能力還是非常強的。因為它的原理是電轉化成熱,我們有時候會糾結這個技術路線是不是從品質上來說不是特別好,但是在風光裝機越來越大的大背景下,如果出于對清潔能源怎么合理經濟利用的角度來考慮,電極鍋爐也是一種比較重要的方式;西子潔能去年通過股權收購的方式擁有了瑞典阿帕尼的技術。電極鍋爐有一些特點,第一個調節范圍非常寬,從5-100%可以實現比較快速的無極調節;另外響應速度特別快,冷態啟動到滿負荷幾十分鐘,熱態到滿負荷1分鐘。
這張圖片展示的是液流電池技術,在削峰填谷方面可以發揮比較好的作用。現在主流的儲電技術主要是鋰電池技術,但鋰電池技術也有一些問題,主要是安全性風險,而液流電池就會好一些,因為它是水系電池,沒有自身安全性的問題;當然液流電池目前成本還非常高,如果想做到滿足用戶的經濟性要求,可能還有一段路要走,我們現在正在跟一些高校做新液流電解質體系的研究開發,希望降低液流電池的成本,這樣液流電池才可能推廣的更快。
第四、示范項目,簡單跟大家介紹我們做的兩個用戶側的低碳/零碳項目。
第一個項目——西子勢必銳航空工業有限公司(簡稱西子航空)的項目,西子航空跟西子潔能一樣都是西子聯合下屬企業,是中國C919大型客機機體結構一級供應商,并為空客、波音、龐巴迪、中國商飛、中航工業等優秀飛機制造商提供優質的產品與服務。目前,國外的飛機制造商對供應商產品的碳排放要求越來越高,如果碳排放的指標達不到要求,有可能會被剔除供應商體系,這也是為什么我們公司要用清潔能源相關技術來替代傳統能源。
這是西子航空典型的用能結構,有電需求,也有熱需求,一年的用電量約500萬度,用熱量大約一天30噸左右,一年的用量有6、7千噸,蒸汽主要是航空部件有一些熱處理工藝,同時航空部件加工時對環境溫度控制精度要求非常高,同時熱泵制冷消耗能量也比較多。
這個就是我們西子航空項目的主要系統構成,主要包括:光伏系統,要做到低碳或零碳方面,可再生能源是必不可少的途徑,我們利用西子航空屋頂空間建了6MWp光伏,按照杭州的資源條件每年發電量約為530萬度,可以實現對電能部分的清潔替代。
和儲能相關的有兩部分,一部分是熔鹽儲能技術,這個項目的規模比較小,熔鹽的使用量是280噸,一天產氣36噸,一年供氣是1萬噸左右。其次是電化學儲能用的是液流電池技術,裝機容量100千瓦、4小時,每年可以給西子航空儲供28萬度電。
浙江有比較好的儲電條件,每天有兩個峰谷時段,一個是晚上,一個是中午,兩個峰谷時段給儲電創造了非常好的條件,在別的地方投資回收期可能需要8-9年,而在浙江做的好有可能5年就能收回投資,投資回收期大大縮短。
這個是項目現場的示意圖,光伏部分裝在屋頂上,這個就是熔鹽儲能的工藝樓,前面是零碳能源智慧中心的控制系統,在這兩棟樓的樓頂進行了新一代光伏電池技術的展示。同時在玻璃幕墻上我們還集成了一些鈣鈦礦的電池技術,可以說西子航空項目是一個多種新能源路線和多種儲能技術的展示平臺,有機會歡迎大家去參觀。
再給大家介紹一下我們正在做的紹興綠電熔鹽儲能項目。項目建設地點位于浙江紹興濱海工業園區,為國家級開發區。園區企業以紡織印染行業為主,截至2020年底,園區內已落戶集聚印染企業58家。紡織印染產業是紹興市傳統支柱產業,歷經近30年的發展已形成較大的產業集群優勢,在全省乃至全國紡織印染行業中具有舉足輕重的地位。紡織印染行業是浙江省高耗能行業之一,2020年能耗占規上工業比重達10.9%。在雙碳目標背景下,紡織印染行業低碳轉型壓力日益顯著。
國家及地方相關的政策支持方面,2021年10月9日,國務院常務會議首次提出,“推動新增可再生能源消費在一定時間內不納入能源消費總量”;
2021年12月10日,中央經濟工作會議進一步明確,“新增可再生能源和原料用能不納入能源消費總量控制”;
浙江省發展改革委《關于促進浙江省新能源高質量發展的實施意見(征求意見稿)》提出:“不將綠色電力消費計入碳排放量核算,探索綠色電力消費抵扣一定比例能耗”。
上述政策給高耗能企業的節能降碳、煤耗指標等提供了一種全新的解決路徑。
紹興綠電項目儲能時長達10小時,利用熔鹽儲能滿足園區的用熱及用電需求。我們采用背壓發電供熱系統+純凝頂峰系統,當電網有頂峰需求響應時,背壓機出口蒸汽停止對外供熱,轉而進入純凝機進行全純凝運行,實現對電網的需求響應服務。
該項目的主要參數包括,熔鹽的使用量約7500噸,使用的是光熱領域應用最多的二元熔鹽。蒸汽參數3MPa,257℃;負責把電轉化成熱的電加熱功率比較大,約150MW。在背壓的運行工況下,機組發電能力是8MW;如果是純凝,后面低壓發電能力是17MW,加起來機組的頂峰能力為25MW;年運行小時數是8400小時。
業主對工期要求比較緊,西子潔能同時具有熔鹽吸熱,熔鹽換熱,熔鹽儲能的相關技術,我們是這個項目的EPC總承包方。
紹興地區由于雨水比較多,同時地下水資源也比較豐富,我們根據當地的氣候條件,在儲罐的基礎和保溫方面做了一些針對性的設計。
這兩張圖就是項目現場的進度,左側大概是一個月以前,當時做的水泥平臺層。右側是這兩天【7月底】工程的進度,項目進度預計到10月可以達到產蒸汽的水平,年底正常投產。
西子潔能希望通過包括熔鹽儲能在內的各種技術,除了在光熱發電領域外,在用戶側也可以進行更多的嘗試和應用,包括零碳工廠,零碳園區等,這是我們的一個愿景。
好的,我的匯報就是這些。謝謝大家的聆聽。