2022年12月初，西安熱工研究院總包的國信靖江熔鹽儲熱項目成功投運，該項目是我國首個熔鹽儲熱技術(shù)耦合煤電機組項目，為我國火電機組實施熔鹽儲熱改造提供了樣板。

在6月13日于浙江杭州召開的2023中國國際光熱大會暨CSPPLAZA第十屆年會上，西安熱工研究院節(jié)能中心汽輪機靈活運行技術(shù)研究所副所長王偉就《熔鹽儲熱耦合煤電機組調(diào)頻調(diào)峰及安全供汽技術(shù)》作了主題匯報，匯報以國信靖江應(yīng)用示范項目為例，從多方面出發(fā)，詳細闡述了熔鹽儲熱與煤電機組耦合集成與靈活運行技術(shù)的優(yōu)勢。

▲西安熱工研究院節(jié)能中心汽輪機靈活運行技術(shù)研究所副所長王偉

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項目背景

2021年3月15日，總書記在中央財經(jīng)委員會第九次會議上對能源電力發(fā)展作出了系統(tǒng)闡述，首次提出構(gòu)建新型電力系統(tǒng)；黨的二十大報告強調(diào)加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，為新時代能源電力發(fā)展提供了根本遵循；截止2022年底，全國發(fā)電總裝機容量25.6億千瓦，火電13.3億千瓦，其中煤電11.4億千瓦，煤電裝機占比43.8%，提供了60%以上的電量和70%的調(diào)峰任務(wù)。

可以看到，新型能源體系中，新能源通過提升可靠支撐能力逐步向系統(tǒng)主體電源轉(zhuǎn)變。煤電仍是電力安全保障的“壓艙石”，承擔基礎(chǔ)保障的“重擔”。儲能技術(shù)具有響應(yīng)速度快、精度高、控制靈活等優(yōu)勢，可彌補煤電機組靈活運行的短板，緩解機組靈活運行的經(jīng)濟性和安全可靠性等問題。

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煤電機組的技術(shù)需求

王偉指出，煤電機組的技術(shù)需求主要包含四個方面：

（1）煤電機組高參數(shù)供汽能力不足

煤電機組受設(shè)備固有特性影響，缺乏大流量高參數(shù)工業(yè)供汽能力，需進行較大規(guī)模的不可逆改造。

（2）煤電機組與高參數(shù)供汽解耦難題

高參數(shù)供汽機組抽汽位置靠前，與低參數(shù)采暖供汽相比，熱電耦合特性更強，缺乏有效的解耦手段。

（3）熱電聯(lián)產(chǎn)機組調(diào)頻能力有限

受供汽參數(shù)穩(wěn)定性要求，供汽機組調(diào)頻能力嚴重受限，機組難以參與輔助服務(wù)市場。

（4）現(xiàn)有儲能技術(shù)難以解決多樣需求

電化學儲能主要用于輔助煤電機組AGC調(diào)頻場景；電蓄熱鍋爐適用于低參數(shù)采暖供汽機組的深度調(diào)峰。

綜上，煤電功能定位的調(diào)整給靈活高效的煤電技術(shù)發(fā)展帶來新的契機，熔鹽儲熱作為安全可靠且價格低廉的儲能技術(shù)，適用于大規(guī)模頻繁儲放的場景，其各項優(yōu)勢與煤電機組的需求和發(fā)展方向較為契合。

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儲能技術(shù)研究現(xiàn)狀

對各種儲能技術(shù)進行對比，不難發(fā)現(xiàn)熔鹽儲熱不管從儲能容量還是儲能時長上來說都有很大的優(yōu)勢。

當前新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)，新能源發(fā)電的隨機波動，對電網(wǎng)的靈活性調(diào)整提出了更迫切的需求，但煤電機組由于超馳調(diào)節(jié)以及電熱流強耦合特性，其自身靈活性調(diào)整能力有待進一步提高，因此電網(wǎng)對于煤電機組高靈活性的需求和煤電機組自身靈活性不足之間的矛盾日益突出。

熔鹽儲熱技術(shù)具有高安全、低成本、大規(guī)模、長壽命、易回收等特點，應(yīng)用于提高煤電機組靈活性及高參數(shù)工業(yè)供汽等方面有獨特的優(yōu)勢。

下圖是西安熱工院在國信靖江示范項目中所用熔鹽的三種狀態(tài)，左一是未熔化之前固體狀態(tài)；中間是熔化之后取樣的液體狀態(tài)；右一是液體凝固之后的狀態(tài)。

目前國內(nèi)外關(guān)于熔鹽儲熱技術(shù)的研究主要集中在兩個方面：

第一，配方研究。國內(nèi)研究熔鹽的團隊主要以北京工業(yè)大學、中山大學和中國科學院上海應(yīng)用物理研究所為代表，整體來看目前針對混合熔鹽配方的研究已經(jīng)相對成熟，提出了適應(yīng)不同工作溫度的多種熔鹽配方，最低熔點可以降低至80℃，最高使用溫度能超過1000℃，此外熔鹽密度、比熱和粘度等相關(guān)物性數(shù)據(jù)也比較完善。

目前應(yīng)用范圍最廣的熔鹽是太陽鹽（二元鹽）、希特斯鹽（三元鹽）。

第二，應(yīng)用研究。全球已商業(yè)化運行的太陽能光熱發(fā)電站基本均使用熔鹽作為儲熱介質(zhì)；國內(nèi)部分地區(qū)在煤改電中采用“低谷電+熔鹽儲熱”供暖的技術(shù)方案。

熔鹽儲熱應(yīng)用于煤電機組靈活性和高參數(shù)工業(yè)供汽領(lǐng)域，在國內(nèi)外相關(guān)研究中未見能夠支持工程示范的應(yīng)用技術(shù)研究。

西安熱工研究院承擔的“國信靖江電廠基于熔鹽儲能的煤電機組調(diào)頻、調(diào)峰、供熱安全整體解決方案EPC項目”是熔鹽儲熱技術(shù)首次大規(guī)模工程應(yīng)用于解決燃煤機組靈活性與安全供熱的難題。

▲國內(nèi)外關(guān)于熔鹽儲熱技術(shù)的專利統(tǒng)計情況

上圖是西安熱工院對于熔鹽儲熱專利情況的統(tǒng)計，可以看到，熔鹽儲熱相關(guān)專利從2005年開始快速增長，2022、2023年達到峰值。

▲2023年3月底專利統(tǒng)計數(shù)據(jù)

在2023年3月底的專利統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，西安熱工研究院僅熔鹽儲熱相關(guān)專利申請數(shù)達173項，位列國內(nèi)第二。

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熔鹽儲熱與煤電機組耦合集成與靈活運行技術(shù)

熔鹽儲熱在煤電機組靈活性、風光火儲一體化、源網(wǎng)荷儲一體化、光熱電站、獨立儲能電站、鍋爐替代、供熱供汽、深度調(diào)峰及電網(wǎng)調(diào)頻方面都會有很大的應(yīng)用前景。

西安熱工院長期從事火電機組研究，對于火電機組存在的問題以及電網(wǎng)對于火電機組的要求比較清楚，西安熱工院的整體解決方案可解決調(diào)峰、調(diào)頻、供熱等多方面存在的問題，亦可滿足目前火電廠普遍存在的諸多需求。

2022年12月，靖江電廠熔鹽儲能調(diào)峰供熱項目投產(chǎn)，受到各大媒體的爭相報道。該項目在2×USC660MW機組開展工程示范，整個項目容量為40MW、80MWh，西安熱工院在實現(xiàn)深度調(diào)峰與供熱供汽解耦，在保證50t/h工業(yè)供汽供汽的同時，機組深度調(diào)峰可以達到30%以下，頂峰到95%以上。機組調(diào)頻能力也大幅度提高，AGC的考核指標提高300%以上，機組升降負荷速率達到3%Pe/min以上，而國內(nèi)火電機組爬坡速率普遍處于1-1.5%Pe/min的水平。

在機組原有CCS控制的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了機爐儲的聯(lián)合協(xié)調(diào)優(yōu)化，采用儲能系統(tǒng)盡量去響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)整需求，鍋爐可以在更安全可靠的工況下運行，汽輪機也以更經(jīng)濟的方式運行。同時也具備啟動鍋爐的角色。

江蘇方天電力技術(shù)有限公司完成的靖江熔鹽項目試驗報告顯示，靖江熔鹽項目電能質(zhì)量合格、變負荷速率和AGC調(diào)節(jié)精度遠高于電網(wǎng)要求、一次調(diào)頻完全滿足電網(wǎng)要求。

上圖是江蘇省2019年到2022年電網(wǎng)深度調(diào)峰補貼，可以看出江蘇電網(wǎng)對于調(diào)峰的支持力度非常大，而且逐年增加。

現(xiàn)貨交易模式下盈利方式

自2021年11月，國家能源局山東監(jiān)管辦、山東省發(fā)改委、山東省能源局、國網(wǎng)山東省電力公司聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于開展山東省電力現(xiàn)貨市場2021年12月結(jié)算試運行的通知》，現(xiàn)貨市場已實現(xiàn)連續(xù)結(jié)算試運行。

以上圖2021年年底以及2022年年初山東現(xiàn)貨交易市場典型日為例，波谷電價低至-0.08元/kWh，波峰電價高達0.966元/kWh。現(xiàn)貨交易市場已日漸成熟，并已呈現(xiàn)基本的市場規(guī)律，交易市場體系的完善為新能源的進一步發(fā)展創(chuàng)造有益空間，也給煤電機組的運營方式調(diào)整帶來了新挑戰(zhàn)和機遇。

西安熱工研究院項目研究團隊，近幾年在煤電靈活性提升領(lǐng)域開展多項國家級科技攻關(guān)和示范項目，獲得豐富的科研成果。并與行業(yè)內(nèi)知名高校和科研單位建立了深厚的合作基礎(chǔ)。

由于傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電機組和熔鹽儲熱是兩個獨立且相對完善的系統(tǒng)，打破兩個系統(tǒng)原有的平衡，再建立新的耦合系統(tǒng)平衡，難度可想而知。靖江熔鹽儲熱示范項目投運之后，王偉所長有感而發(fā)，寫了一篇小記，他以這首小記結(jié)束了他的匯報，與同行共勉：

《新水調(diào)歌頭·逆水行舟》

壬寅之冬，葭月上弦。北望馬洲之空，南眺長江之遠。念吾輩所從之事，幸甚至哉，歌以詠志。

辛丑新冬，吾率眾至馬洲，初臨，地闊土坪，草色尚存。立冬之日破土筑臺，直至年關(guān)方出視平，深知根基乃萬物之本，不敢懈怠，事必躬親，領(lǐng)寒冬江風之滲，懷久違熱血之燃。

壬寅新春，再返故地，高臺之上，始做新篇。仲夏之時，深受滬疫之害，物不能達，人不能至，急切焦慮，度日如年。創(chuàng)新之路，坎坷曲折，頻生前人未遇之險阻。當是時也，屢上閣樓，望長江之空流，愁目下之迷霧，斷前行之方向，堅破冰之信念。幸得團隊之韌之智，日夜兼程，披荊斬棘，攻堅克難，砥礪前行。究怪疾之本，探解決之道，存新念之法，方得今日之果。

時至今日，觀漸善之閣，如吾之愛子，愛之心切，惱之頑劣。回望往昔，道阻且長，感念吾父母，吾師長，吾兄弟，吾妻子之助，臨表涕零，不知所言。

望吾輩之業(yè)，為行業(yè)之光，則心甚慰。