6月13日，2023中國國際光熱大會暨CSPPLAZA第十屆年會在浙江杭州盛大召開，首航高科能源技術股份有限公司（簡稱“首航”）研發中心總經理齊志鵬為大家帶來《采用熔鹽儲熱技術的機組靈活性改造》主題演講。

▲首航高科能源技術股份有限公司研發中心總經理齊志鵬

一年四季深度調峰是剛需

2019年正值光熱的低谷期，也正是這一年，將熔鹽儲熱用于火電靈活性改造的商機冒出了新芽。

齊志鵬表示，經歷了2015年9號文件電改之后，自2016年起，整個電力市場發生了較大的變化，電價方面更符合市場規律——電力供大于求時，一度電就要產生低價競爭，電力稀缺時，則一度電的價格飆升。

在東北，冬季大部分火電機組都在供熱，由此產生的供熱負荷巨大，機組通流量也大，整個機組能帶到80%左右，由于東北夜間沒有高負荷的用戶，東北電網壓力倍增，在此背景下，2016年開始，東北掀起了靈活性改造的熱潮。

改造主要以電極鍋爐為主，在汽輪發電機出口，消耗電力為主，把汽輪機發的電變成熱送到熱網中，這樣對于整個電廠來說發電量就變成了零。

與東北不同，西北一年四季都有調峰需求，而且西北在冬季還有頂負荷需求，對于光伏風電，冬季很多核心地區都會出現連續的陰天和無風天氣，風電光伏裝機比例高時，沒有電量輸出，這種情況下就需要火電機組頂尖峰；春夏秋冬光伏風電高發，則需要機組深度調峰。

現貨交易與長協交易

采用熔鹽儲熱技術進行機組的靈活性改造，首航發軔于2019年。

齊志鵬介紹，首航是國內較大的電站冷端設備供應商，因此對火電領域較熟悉。首航第一次接觸現貨是從山西市場開始。

以下圖‘2020年12月24日的交易曲線’為例，可以看到，從0點到早上7點，電價在一毛錢到兩毛錢之間波動，從7點到9點半的早高峰，一度電兩毛錢到三毛錢，9點半即光伏開始時一直到11點45分，電價在一毛錢到兩毛錢之間，12點半時，所有的上網電價均為零。

齊志鵬表示“大家現在聽說山東是負電價，但當我們2020年接觸到上述這種情況時，對我們的沖擊還是很大的，因為這時候火電發一度電一分錢不給，買了煤，煤都燒了，不給錢。但是從下午12點半開始電價恢復，下午4點半到晚上6點45這段時間電價是1到1.5元。山西2020年最高電價到1.6元，持續時間很長。除卻晚高峰4點半到6點45這一段時間的電價非常高，6點45到8點半的電價也不低，五毛錢到七毛七左右，晚上8點半到9點15左右是三毛錢到四毛錢，相對來說也比較高，但是過了晚上10點鐘以后，基本上又回到一毛錢到兩毛錢之間的區域。”

齊志鵬又展示了山西這臺機組整個12月份在每一個時段交易電價，如下圖。

他表示，從零點開始一直到早上6點左右，電價基本上都是一毛左右，在早上八點半的早高峰，電價接近兩毛五，12點時電價達到日間最低，這是為什么呢？他解釋，是因為光伏大發，到了16點前后，基本上都能賣到一塊錢以上。晚上的22點之后，電價逐漸降低。

新型電力系統

齊志鵬表示，根據上述情況，我們對新型電力系統應該有了新的理解，他認為，首先電源應提供四個價值：一是提供電量；二是要起到平衡作用；三要起到調節作用；四要提供有效容量。

“但是現在我們所說的1:9和1:8的情況下，我們現在只算電量價格，包括現在設計院做可研光熱只算其電量的價格，從來不算平衡調節和有效容量這塊，尤其是平衡調節作用，如果在現貨，大家可以回到剛才這個曲線，假設我有一臺光熱的機組在晚上4點鐘開始發電，我的一度電是多少錢呢？我們示范項目是一塊一毛五，但是這兩個小時內我們可以拿到一塊五的電價。”

因此齊志鵬指出，在現貨市場下，平衡價值完全是市場體系的——當電網供需產生變化時，用戶量大電源少時，發一度電就非常值錢，但如果像光伏風電這樣沒有調節性能的電源，在上網時若供過于求，價格就只有幾分錢。

齊志鵬表示，通過對電力市場及新型電力系統的深入了解，大家對光熱也會更有信心。

以東部火電為例，有些地區利用的小時數只有3000多，若僅限于3000多必然會虧損，那么它是怎么生存下來的呢？它沒有發的電，作為調節這部分電靠什么有收益呢？答案是靠服務。

“我們敦煌二期電站年利用小時數3000，跟火電的機組差不多了，對于未來新能源比例特別高的電網來說，它未來可能連3000都到不了，可能也就是2700-2800那樣，這時候火電的生存就是靠服務，而不是靠電量。”

火力發電機組深度調峰技術分析

齊志鵬認為，新能源之所以能推得這么廣，就是因為光伏和風電的價格比火電還便宜，因此有其生存的空間。他表示，火電機組靈活性改造基本分為兩個路線，一個是本體改造，最低期望20%，另一個則是熱電解耦，最低負荷到0%。

東北的情況只有在冬季進行熱電解耦，因為熱有出口且熱出自熱網，而春夏秋則無法在傳統上進行解決。

齊志鵬指出，本體改造的能力是在不投油情況下最低負荷20%，其優點是改造費用較少，但缺點也比較顯著：一是靈活性改造本體改造帶來犧牲機組本體壽命；二是本體改造停機期間沒有收入；三是火電機組低負荷運行時煤耗不是線性減少；四是本體改造沒有改善火電機組本身的調節特性。

那么本體改造需要解決哪些問題呢？齊志鵬指出了以下幾點：

（1）鍋爐無法穩燃，火焰在爐膛充滿度不足，水動力不穩定，尾部受熱面積灰和腐蝕加劇，厚壁部件疲勞；

（2）汽輪機低壓末兩級葉片鼓風，末級干度過小，處于過熱，葉片水蝕；

（3）寬負荷脫硝問題；

（4）調門異常振動和接管儀表焊縫的開裂。

熱電解耦是鍋爐和汽機的不改造，齊志鵬認為“基本上熔鹽系統相當于加了外掛，本體不改造，只做管道相關改造”，他表示，熱電解耦的優點包括：

（1）火電機組壽命沒有影響，鍋爐最低負荷還是40%，；

（2）增加外部儲能裝置；

（3）改善火電機組本身的調節特性。

熔鹽儲能調峰是采用熔鹽儲能作為火電側深度調峰方案。

齊志鵬表示，有專家提到過電加熱和蒸汽加熱，而他認為，電加熱是不可取的，在火電機組靈活性改造加電加熱效率較低。

而蒸汽加熱有幾個優點：（1）不影響機組壽命；（2）改造期間不停機；（3）能量利用率高，62%；（4）改善機組調節特性；（5）供熱機組的供熱安全穩定性；（6）代替啟動鍋爐。

蒸汽加熱當然也有一些缺點：比如占地大、投資費用高。

以電加熱熔鹽儲能改造為核心，其目的是汽機本體不做改動的前提下，直接在供電端加載計量實現最小上網負荷，具備較強的低負荷調峰能力，可以實現機組的零負荷。當升負荷時熔鹽儲熱可以釋放加熱給水為蒸汽進入熱網用戶或者補入蒸汽輪機轉換為電，缺點是儲能過程是鍋爐的熱轉換為電，電加熱轉換為熔鹽儲熱，熔鹽儲熱再轉換為電，其效率不足12%（30%*40%），經濟性很差。其次電加熱器功率大，設備壽命有限。

首航是怎么做蒸汽加熱熔鹽的熔鹽儲能改造的呢？

▲蒸汽加熱熔鹽工藝流程

齊志鵬介紹“由上圖大家可以看到，從儲成汽，把高壓缸、中壓缸拋掉，大部分蒸汽把能量儲存在熔鹽中，不讓高壓缸和中壓缸做功，保證低壓缸的最小通流量保證機組安全性，從主汽出來的蒸汽分成兩股，一小股進入高壓缸里做工，通流，大部分的蒸汽通到這樣一個水蒸氣吸熱器，把高溫高壓水蒸氣容量存在熔鹽中，水蒸氣溫度被降低之后和高排水蒸氣合在一起進到鍋爐再熱器里面又升溫，之后兩股蒸汽打到中壓缸口時又分成兩股，一股分到中壓缸通流，另一股則通到另外一個水蒸氣吸熱器，這個壓力比較低，但是溫度還是挺高的，把它的容量存在熔鹽里面。相當于以前的面式減溫器，原理是一樣的，從中排出的水蒸氣和這個蒸汽合并成一股，進入低壓缸做功，完成儲能過程。”

“在這個過程中，能量有損失嗎？沒有損失，熱到熱是100%的，除了換熱器表面向空氣中的散熱。但能量品質有所損失，高溫高壓水蒸氣通過這樣一折騰變成中溫中壓了。那么只完成了儲能過程，釋能過程怎么完成呢？這是首航比較重要的一個工藝細節，通過一臺蒸汽發生器產生蒸汽通到低壓缸里做功，我們算過這樣的熱平衡，這種熱平衡下來大概就相當于以30萬機組為例，基本上它的儲能效率到62%以上。”