基于大規模光伏發電融合熔鹽儲熱的高溫高壓供汽系統摘要：大規模光伏發電融合熔鹽儲熱高溫高壓供汽系統，是利用太陽能光伏系統進行發電，通過大容量熔鹽電加熱器，將光伏發電的電能轉化為熔鹽的熱能后儲存至熔鹽儲罐內，再將高溫通過蒸發換熱系統加熱給水產生蒸汽，滿足工業企業高溫高壓蒸汽需求。該供熱系統未來具有很好的市場應用前景，是解決當前可再生能源電力消納、源網荷儲深度協同、改善大氣環境質量、降低企業碳排放的有效手段之一，是實現2060年碳中和目標的重要舉措。關鍵詞：光伏發電；熔鹽儲熱；高溫高壓蒸汽；碳中和1前言黨的十八大以來，我國電力工業發展取得了舉世矚目的成就，有力支撐了經濟社會平穩有序發展。但同時電力系統綜合效率不高、源網荷等環節協調不夠、各類電源互補互濟不足等深層次矛盾日益凸顯，亟待統籌優化[1]。利用大規模光伏發電融合熔鹽儲熱進行工業供汽，產生滿足化工園區生產用高溫高壓蒸汽需求，是增加以新能源為主體的非化石能源開發消納，提升企業清潔能源利用水平、降低碳排放的有力舉措。本文以某化工園區高溫高壓蒸汽需求為依托，介紹太陽能光伏發電融合熔鹽儲熱的高溫高壓供汽技術，并結合方案配置，進行經濟性和環保效益分析。2系統原理大規模光伏發電融合熔鹽儲熱高溫高壓供汽系統，是指利用太陽能光伏發電+大容量熔鹽電加熱器+高溫熔鹽儲熱+熔鹽蒸發換熱的供汽系統。既利用太陽能光伏系統進行發電，大容量熔鹽電加熱器根據光伏發電量，將低溫熔鹽加熱后儲存至高溫熔鹽罐內，高溫熔鹽再根據后端蒸汽需求進入蒸發換熱系統加熱給水，產生高溫高壓蒸汽進行供汽，放熱后的低溫熔鹽返回低溫熔鹽儲罐內，完成整個循環過程。其具體工作原理如圖1所示。圖1光伏發電融合熔鹽儲熱供汽系統流程圖Figure1Flowchartofphotovoltaicpowergenerationfusionmoltensaltheatstorageandsteamsupplysystem其運行模式包括：（1）光伏發電+儲熱+供汽模式當太陽輻射條件較好時，太陽能光伏系統進行發電，熔鹽電加熱器根據光伏發電量加熱熔鹽，再根據后端需求產生高溫高壓蒸汽進行供汽。（2）放熱+供汽模式在夜間，利用白天熔鹽儲存的熱量加熱給水，產生的高溫高壓蒸汽供汽。（3）電網補充+供汽模式當太陽輻射條件較不好或遇連續陰雨天，太陽能光伏系統發電量無法滿足連續供汽需求時，采用電網補充電量進行加熱熔鹽，產生高溫高壓蒸汽供汽。3關鍵設備3.1熔鹽電加熱器大容量熔鹽電加熱器是系統的核心，是電能轉化為熱能的重要設備，目前市場成熟的電加熱技術有電阻加熱技術、電磁加熱技術和電極加熱技術等。本方案采用電阻式熔鹽電加熱器，是利用特殊管狀電熱元件，結合法蘭集束形式與壓力容器組成的一個加熱整體，用于對流動的液態介質的升溫、保溫、加熱，同時配套智能溫度控制柜，滿足用戶控制加熱溫度的要求。圖2熔鹽電加熱器示意圖Figure2Schematicdiagramofmoltensaltelectricheater3.2熔鹽儲罐熔鹽儲罐系統由低溫熔鹽儲罐、高溫熔鹽儲罐、儲罐附屬系統等組成。低溫罐介質工作溫度為290℃，高溫罐介質工作溫度為565℃。儲罐附屬系統主要包括浸入式電加熱器、儲罐儀表、基礎通風系統等。本方案罐體采用球面拱頂立式圓筒型，它由球面拱頂、筒體、底板三部分組成，采用焊接形式。3.3熔鹽泵熔鹽泵是熔鹽儲熱系統的關鍵設備之一，熔鹽泵在工作時所輸送的介質熔融鹽處于高溫狀態，輸送溫度一般在290℃～575℃。應用于熔鹽儲熱系統的熔鹽泵，其運行溫度高，泵軸長。近些年，隨著太陽能光熱發電的興起，熔鹽泵的研究受到行業的重視，但熔鹽泵的主要市場還是化工行業[3]。本方案儲熱系統中的熔鹽泵選擇立式單級或多級懸吊泵。4案例分析4.1用能需求及供汽參數本化工園區高溫高壓蒸汽需求參數為9.8Mpa，540℃，平均用汽量305t/h。根據供汽能源站初選廠址，本方案供汽距離約1.4km，計算蒸汽輸送途中壓力及溫度損失，確定供汽蒸汽參數為11.5MPa、555℃，暫無凝結水回收，給水溫度按25℃計算。4.2供能系統匹配4.2.1系統匹配原則依據項目廠址區太陽能資源，對光伏發電系統裝機容量、熔鹽儲熱系統容量、熔鹽電加熱器容量進行匹配計算，并達到以下效果：（1）熔鹽電加熱器容量在保證供汽需求的基礎上，加熱器容量盡量小，使熔鹽電加熱器始終處于高負荷運行狀態；（2）熔鹽儲罐全年運行負荷大部分時間處于高位狀態，且儲熱系統初投資相對較低；（3）光伏發電系統余電上網電量與電網補充電量基本平衡，且電網補充電量總體處于較低水平。4.2.2數學模型本方案采用Thermoflow電廠熱平衡軟件對熔鹽儲熱高溫高壓供汽系統進行模擬計算。熔鹽儲熱高溫高壓供汽系統熱平衡及系統流程詳見圖3。圖3高溫高壓供汽系統熱平衡圖Figure3Heatbalancediagramofhightemperatureandhighpressuresteamsupplysystem4.2.3裝機容量及系統參數根據系統建模匹配分析計算，確定本方案光伏發電裝機容量為2000MWp，熔鹽電加熱器容量為750MW，熔鹽儲熱容量為3000MWh。系統計算數據詳見表1。表1裝機容量及系統參數Table1Installedcapacityandsystemparameters序號項目單位數值1光伏系統裝機容量MWp2000.02光伏系統年總發電量×108kW·h27.13年多余上網電量×108kW·h7.94年供汽量×108kW·h25.25年供汽自用電量×108kW·h26.56電網補充用電量×108kW·h7.3光伏發電融合熔鹽儲熱的高溫高壓供汽系統在典型日的逐時光伏出力、儲罐狀態、電網補充負荷曲線詳見圖4：圖4高溫高壓供汽系統典型日曲線圖Figure4Typicaldailycurveofhightemperatureandhighpressuresteamsupplysystem4.3經濟性分析根據估算，本方案供汽系統投資見表2：表2系統投資Table2Systeminvestment序號名稱型號參數投資（萬元）1光伏發電系統2000MW7600002儲換熱系統3000MWh/300MW390003給水除氧系統300t/h30004電熔鹽加熱系統750MW170005電氣系統變壓器、升壓站、配電系統、線路等250006化水系統2×300t/h除鹽水系統45007總計848500本項目建設期1年，運營期25年，資本金比例30%，貸款利率4.9%，財務測算暫不考慮光伏土地費用及電網容量配置費。項目靜態投資84.85億元，建設期利息1.44億元，動態投資86.29億元。按資本金財務內部收益率8%測算，蒸汽價格約為367.1元/t。根據測算，本方案高溫高壓蒸汽價格高于目前企業燃煤鍋爐蒸汽價格，但隨著后續太陽能光伏發電及儲熱系統工程造價的降低，本方案系統經濟性還有很大的提升空間。5結論本方案提出了基于大規模光伏發電融合熔鹽儲熱的高溫高壓供汽系統，經系統建模計算及經濟分析，該供熱系統未來具有很好的市場應用前景，是解決當前可再生能源電力消納、源網荷儲深度協同、改善大氣環境質量、降低企業碳排放的有效手段之一，是實現2060年碳中和目標的重要舉措