“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究國家電投火電產業創新中心上海發電設備成套設計研究院有限責任公司二〇二二年四月“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究1研究背景 1.1推動新型儲能發展政策引導 1.2創新零碳電力系統發展途徑 2儲熱工質的特征及適用性 2.1常見儲熱技術的分類 32.2常見的儲熱熔鹽工質特性 2.3儲熱熔鹽技術發展 42.4儲熱熔鹽的經濟因素 52.5熔鹽的相變潛熱利用方向 3熔鹽儲熱技術方案 3.1熔鹽儲熱基本原理 73.2熔鹽儲熱系統工藝設計基本方法 3.3熔鹽儲熱關鍵設備 93.4熔鹽儲熱的技術風險控制 4主要技術路線梳理 4.1實用性熔鹽儲熱耦合技術路線 4.2前瞻性熔鹽儲熱發電技術路線 4.3熔鹽充熱技術方案 154.4熔鹽釋熱技術方案 185典型應用場景分析 5.1新能源大基地 235.2煤電靈活性改造 285.3兩班制調峰運行改造 5.4運行節能改造 335.5移動式供熱站 355.6縣域經濟協同開發 366國內應用現狀 6.1江蘇國信靖江電廠熔融鹽儲熱 6.2其他單位的相關經驗 7總結與建議 7.1加快推進典型應用場景項目落地 7.2加大先進熔鹽儲能技術開發力度 41附錄：熔鹽充放熱過程詳細技術參考算例 42“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究1“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究燃煤電站中的各種耦合應用場景，為集團各企在2030、2060雙碳目標下，風光等“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究2關鍵支撐之一。（發改能源規〔2021〕1051號《關于加快推動新型儲能發展的從當前可再生能源迅猛發展的預期來看，到2030年碳達峰前，燃煤電站機“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究3儲存方式，可細分為顯熱儲存（熔鹽、固體、水罐），潛熱儲存（PCM相變材表明，每種儲熱技術都具備最合適的工作溫度區度較高，為規模化應用提供了便利條件，適合在大型熱鹽、硫酸鹽的熔融體?；旌先埯}是通過選取不同“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究42.2.1二元鹽(60%NaNO3+40%KNO二元熔鹽，一般是指硝酸鹽體系二元熔鹽，由60%硝酸鈉和40%硝酸鉀兩種物質的混合的共晶熔鹽，初熔點221℃,初結晶點為238℃,高溫熱解點為600℃。主要適用于260~565℃溫域的高溫儲熱領域，技術成熟度高，在光熱發電領域得到了廣泛應用，因此得名SolarSalt，其溫域范圍內主溫度℃密度kg/m3熱導率W/mK比熱容Cp(kJ/kgK)126019240.49230018980.50340018350.52450017700.54556517280.552.2.2三元鹽(53%KNO3+40%NaNO2+分解現象。因此更加適用于中溫儲熱領域，實踐中的工作溫域一般選擇在“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究5效儲熱溫域一般維持在約300℃左右。根據國家公布的2022年度儲能重點專項征，低熔點≤150℃、高分解溫度≥650℃、儲熱名稱單位二元鹽三元鹽1混合熔鹽價格元/ton60005780元/m310800104002工作溫域℃260~565190~410工作溫差℃3052203儲熱密度MJ/ton464334MJ/m38346004儲能容量MWh/ton0.130.093MWh/m30.2340.1675滿工作溫域熔鹽單價元/MWh4.6萬6.2萬萬元/MWh）其處于同一的經濟區間，遠低于目前市場“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究6熔鹽的凝固相變潛熱近200kJ/kg（潛熱約可折合成100+℃的顯熱），與相變儲熱材料（PCM）的大致相當。隨著工程技術進步，未來熔鹽液固相變潛熱“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究72.谷電加熱，適合同各種發電場站耦合應用，技術4.蒸汽加熱，適合在火(熱)電站內耦合應用，應用5.煙氣加熱，適合間歇性高溫工業煙氣余6.熱渣加熱，可將粒狀高溫物料（如流化床爐“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究8高溫熱熔鹽經換熱器將熱能傳遞給能量較低品味的蒸汽，直接對外供“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究9）；“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究達幾十米，一般參考API650標準設計，現場組裝，“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究熔鹽本身沒有腐蝕性，它的腐蝕性主要來自它的雜質，提高熔鹽采購產品的品質（降低Cl-、OH-、SO42-含量及結垢的雜質離子等），并控制好熔選用具有較強抗腐蝕性的不銹鋼材料制作設備避免熔鹽使用中過大的溫差劇烈變化而造成的對于有些熔鹽產品，需要使用惰性氣體進行“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究技術路線方案描述實施復雜性經濟性評價方案A：谷電蓄熱調峰供汽【谷電-鹽熱-蒸汽】較易較好方案B：谷電蓄熱調峰供電【谷電-鹽熱-蒸汽-再發電】較易一般動大兼具深調和頂峰方案C：蒸汽蓄熱調峰供汽【蒸汽-鹽熱-蒸汽】較難很好方案D：蒸汽蓄熱調峰供電【蒸汽-鹽熱-蒸汽-再發電】較難較好動大兼具深調和頂峰“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究隨著能源系統轉型的深入，波動的可再生能源在發電中所占的比例越來越第二階段（預計2025年前實現）：采用創新的熔鹽級高溫熱泵技術第三階段試驗示范（預計2030年前），采用更高級的熱泵系統創造熔鹽+565℃/低溫乙二醇零下65℃大溫差環境，釋能發電的卡諾循環熱力學極“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究度調峰能力及頂峰運行能力。當前技術條件下，與存量煤電耦合的GWh級大容“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究），對火電站的經濟性產生很大負面影響，需要關注參數來加熱中低溫熔鹽（頂溫可低于420℃)?！懊弘?熔鹽儲熱”技術及應用場景研究算例1單位基準工況抽取主汽工況2抽取熱再工況3抽取三抽1抽取蒸汽量t/h0852發電功率300291.0295.4298.53發熱功率MWth044燃料熱功率MWth7217217217215發電效率%41.640.441.041.46熱電總效率%41.642.242.442.0從各工況結論分析，工況1抽取主蒸汽利用顯熱加熱熔鹽獲取13MWth的某300MW亞臨界機組40%負荷工況，機組滑壓運行主蒸汽參數降低至卻器及潛熱冷凝器，深度加熱熔鹽。分析過程詳見本文附錄【算例2】。“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究2新設蒸發型換熱站，直接產生鍋爐主汽或再熱蒸汽，替收。附錄【算例3】展示了一類典型蒸發型換熱站系統參數匹配情況。經試算，“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究按這種彈性回熱供汽理念，以典型的300MW亞臨界機組示意，當920t/h三段總量達172t/h的抽汽返回汽輪機系統。之后可由中低壓連通管再抽出對外供熱。具體參數詳見附錄【算例4】?！懊弘?熔鹽儲熱”技術及應用場景研究合所建立的300MW亞臨界機組熱平衡模型進行了初步分析，在相同熔鹽補熱發電會提高釋能時段機組的燃料效率（=效率最高（近57%補入熱再的發電效率（55%）也非常除此之外，補熱進入給水及冷再系統的再發電效率一般在35%~44%水平，），附錄【算例7】展示了一種熔鹽釋熱再發電的簡捷估算方法。該估算負荷不變的情形下，以熔鹽儲熱替代高加回熱抽汽，把給水溫度由給水泵出口180℃提升至鍋爐入口277℃,汽輪機將獲得全部高加抽汽（等效于汽機島的高為了后續應用分析了典型的350MW超臨界機組，對熱力系統建模并初步估算。“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究利用三抽蒸汽的高顯熱特性（約420~500℃)來加熱熔鹽，在三抽管道上增設常開式快速關斷閥，閥后三抽管道通向新增的0#高加（熔鹽?。?；通過閥門快速切斷三抽供汽，三抽蒸汽被排擠回中壓缸做功，實現快水溫度并不會發生明顯降低，不僅在一定程度主要通過汽機調門節流降低主汽流量來實現降低發電功率需求；但為了更快速響應，也可以采用增加熔鹽電加熱器對于如果有頻繁調頻需求的項目，可以根據調加熱器，通過電氣專業設備控制熔鹽儲熱系統“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究為實現碳達峰、碳中和目標，構建新能源為主體的新型電力系統，我國正在加快推進總計4.5億千瓦的大型風光類新能源大基地的建設。新能源發規劃建設以大型風光基地為基礎、以其周邊清潔高效先進節能的煤電為支撐、以穩定安全可靠的特高壓輸變電線路為載體的利用存量常規電源，合理配置儲能，統籌各類電源規劃、設計、建設、存量燃煤電站增加熔鹽儲熱裝置，可以作為新型儲能技術的一個重要分性功能。在國家政策的引導下，通過“煤電+熔鹽儲熱”與新能源大基地配化電力局域網內部調節功能，保障電網負荷調節依托存量煤電增設200MW/1.2GWh配置熔鹽儲熱系統，日儲熱運行6小時，年運行333天估算，儲熱總量為4億kWh由于配套儲熱的火電機組可調節范圍能力很大，約一半儲熱容量電站配合電網進行深度調峰輔助服務，降低煤電波谷時段的上網電量約2調功率占單臺660MW機組容量的比例近8~15%Pe。1)電站送出線路不低于雙回500kV等級，具備適合的增容并網條件；2)燃煤電站廠內或毗鄰區至少120m×50m場地用于布置熔鹽儲熱區1)新能源初投資約50億元，通過年上網售電18效率后，估算年節約鍋爐燃料5.3萬噸標煤，年節約燃料成本53005)綜合考慮以上節煤及深調兩項收益，再適當扣除相關運維成本后，期約5年，具備較好的經濟價值。2021年底國家能源局新頒布《電力輔助服務管理辦法》，還新增了“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究得到抑制，大幅度提高了區域電網對增量新能源的消納能力，有益2)通過消納新能源棄電及儲存煤電電站深度調峰系統富裕能量，節約3)緩解燃煤電站的經營成本壓力，提高員工收入水平，促進當地就業2)項目經濟性分析建議與新能源分開考慮，以便靈活應對電網政策調3)依照區域新能源負荷波動特征及燃煤電站負荷率，建模分析規劃儲具備很強的推廣價值。建議盡快選擇擬淘汰機組“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究儲熱系統配置考慮200MW/400MWh（二元熔鹽冷熱罐各約2000m3），配2.5%以下，年可消納總量約1.5億kWh能量進入熔鹽儲熱系統（每天充放熱1機組的熱備用狀態，為電網提供150MW的頂峰調節可靠容量。每天400MWh儲熱總量扣除熱備系統損失10%后，可有效利用熱量約為360MWh。在釋能階倍增擴大。未來隨著儲熱容量翻倍，則對應電網3)燃煤電站廠內存在60m×30m規模建設用地（可利用拆除鍋爐島后4)相關政策允許退役煤電機組改造為調峰電源繼續并網，并參與電網1)新能源初投資約50億元，通過年上網售電183)各地頂峰運行的電價補償機制差異很大，政策并不太明確，暫按兩運行1小時對應的容量電價按25元/(kW.月)考慮，則年收益可達l電量電價：如果被消納的棄風棄光電量不計成本，則可認為電量電“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究價為零；如輸入的棄風棄光電價按0.2元/kWh核算，那么電量電價4)如果區域電網存在日兩峰兩谷的情況，儲熱系統即可每天運行2個周期（每日消納2倍的新能源棄電量），在相同投資的儲熱容量條），5)調頻收益：由于熔鹽電加熱裝置響應速度快，還可通過自動控制技術對電網實時進行調頻響應，獲取調頻收益附加補償，可結合項目1)將退役煤電改造為經濟適用的零碳熱力型儲能電站，可提高區域電網消納大規模增量新能源電量能力，保障新型電力系統安全，有益2)為即將退役的燃煤電站尋找新出路，破解相關從業人員的再就業困2)項目經濟性分析建議與新能源分開考慮，以便靈活應對電網政策調4)也可結合對外供熱需求統籌考慮，采用背壓式汽輪機發電后進行熱“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究），為輔的形式加熱熔鹽儲熱系統，等效降低機組發電功率2x75MWe（20%Pe），“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究對應的600MWh儲熱容量，可在日間供轉化為約800~1000t的蒸汽供熱能力（參見4.4.1節算例3的分析如果將總熱量分攤到日間5供熱狀態供熱調節需求發電狀態電網對發電調節需求a.保持保持d.“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究決方案(如4.4.2情景C)所示，預計可提高一次調頻功率動態響應能力3%Pe4)增加熱電聯產選項收益：熔鹽釋熱可以按熱電聯產方式運行2.5h×2臺機組，熱量通過給水回熱系統先發電后供熱。兩），按400元/MWh計，則日獲利售電收益3.2萬元。同時還可聯產蒸汽5)將深調收益分別與兩個選項疊加，得到日收益26)新增投資3億元，靜態回收期大約5年，已經具備一定的經濟價值。7)以后可再視項目具體需求在調頻等其他輔助服務方向上進行拓“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究2)結合電網彈性調節需求，更加靈活地依靠峰3)定位為新型儲能系統示范工程，爭取獲得6h-8h，次日清晨熱態啟動，機組重新并網。較傳統的每天三班運行模式省去一“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究某燃煤電站2x300MW亞臨界機組，服役期已經超20年，殘值不大，最低日間高負荷運行期間，從熱力系統抽出過熱度較高的高溫蒸汽形式加熱熔鹽，將日間運行期間的鍋爐能量得以保存至熔鹽儲熱系統中（參見4.3.2節算），夜間通過熔鹽換熱器及減溫減壓器匹配產生合適參數的蒸汽用于汽機及各），30分鐘內完成熱態啟動，為電網提供更為強大的調峰功能。充分體現了未來新“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究2)夜谷期間停機備用的容量補償價格未知，暫按1920MWh/天深度調峰容天，年獲利近2.5億元。這些補償費用中的大部分將用于機組每日啟停所需的各種成本消耗（啟動助燃油、啟動用煤、輔機消耗電力、及日間），3)該技術尚處于探索階段，相關扶持政策也不明朗，經濟性有待后續詳細運行，節約了大量的燃煤消耗，明顯提高了電站2)有利于幫助老舊電站繼續發揮其剩余價值，走出高碳低燃煤電站機組啟動時主要依靠電動機驅動的備用給水泵建立汽水動力“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究根據初步評估，300MW機組給泵小汽輪機需要的蒸汽消耗按5每小時所需熔鹽儲熱量為40MWh。通常深度調峰配置的熔鹽儲熱系統容量速升溫，達到300~350℃額定運行條件，從而為鍋爐爐膛創造了好的“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究周期長，且供熱半徑受限。或采用天然氣能源站根據當前調研，30噸載重卡車的公路運費約為15元/公里，則往返運距為60公里的運費為900元/趟。因此，建議在距電站熱源30km半徑內尋找到合適過熔鹽儲能系統進行能量轉換，最終將火電機組將轉型為低碳化的靈活調峰電江蘇國信靖江電廠2×660MW超超臨界機組的熔融鹽儲熱技術改造項目，系統名稱技術規格及中標情況a.d.e.熱熔鹽領域技術研究的機構，基礎研究理論水平深厚，自2012年起連續獲研究內容涵蓋數百種新型混合熔鹽制備與熱物性研究、熔鹽傳熱及設備研瓦級熔鹽儲能技術,儲能科學與技術.2021.09》中，對熔鹽與火電站汽水耦合購價格達30億元），已經按國際最高技術標準制造了價值數十億元的熔鹽與抽汽蓄能改造和綜合能源服務領域的國家高新技術企業、混合所有制企“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究集團公司依托存量煤電+熔鹽儲能推進新能源大基地開發優先推薦二級公司潛在示范電站備注青海黃河公司大通2x300MW計劃“十四五”轉備用內蒙公司通遼發電總廠4x200MW計劃“十四五”退役“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究新疆新疆能化五彩灣北二2x660MW周邊新能源開發潛力巨大吉林吉電股份白城發電廠2x660MW周邊新能源開發潛力巨大煤電生存壓力，努力尋求更加多元化的創收增長新模集團公司煤電耦合熔鹽儲熱靈活性改造示范推薦二級公司潛在示范電站備注新疆新疆能化五彩灣北二2x660MW暫未進行靈活性改造青海黃河公司西寧熱電2x300MW遼寧東北公司本溪熱電1號內蒙公司霍林河鴻駿鋁電集團公司零碳熱力型儲能調峰電站（卡諾電池）建設示范推薦二級公司潛在示范電站備注上海上海電力外高橋電廠4×320MW“十四五”新建機組替代青海黃河公司大通2x300MW計劃“十四五”轉備用型儲能發展實施方案要求的方向，特別是火電高溫蒸汽逆向對熔鹽充熱應用技“卡諾電池”第一階段（2023年前）技術預計成熟：采用棄電或谷電電加島熱力系統進行發電，電-熱-電綜合能效約4商用高效卡諾電池的研發難度與重型燃機類似，建議集團公司謹慎對待開發節“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究【算例2】汽轉熱：以蒸汽潛熱形式加熱熔鹽【算例3】熱轉汽：熔鹽釋熱制取高溫蒸汽【算例4】熱轉汽：熔鹽釋熱加熱給水間接制取高溫蒸汽【算例5】熱轉電：通過構建完整熱力系統取用于發電【算例6】熱轉電：補熱能級對發電效率的影響【算例7】熔鹽釋熱再發電功率的簡捷估算方法“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究（等焓溫度降至500℃)進入熔鹽換熱器放熱13MW（熔鹽可被加熱至“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究三抽管道上串接熔鹽換熱器吸收近440℃過熱蒸汽的顯熱，對熔鹽放熱經全廠熱力系統熱平衡建模后，在等燃料輸入燃料的情況下，分析抽熱算例1單位基準工況抽熱工況1主汽工況抽熱工況2熱再供汽抽熱工況33抽供汽1抽取蒸汽量t/h0852發電功率300291.0295.4298.53發熱功率MWth044燃料熱功率MWth7217217217215發電效率%41.640.441.041.46熱電總效率%41.642.242.442.0的熱能將損失近9MWe的電力。工況2利用熱再蒸汽顯熱回收高品位熱能如果以上這三種方式聯合使用，總儲熱功率可達27MWth，如儲熱系統“煤電+熔鹽儲熱”技術及應用場景研究【算例2】汽轉熱：以蒸汽潛熱形式加熱熔鹽某300MW亞臨界機組40%負荷工況，機組滑壓運行主蒸汽參數降低至適。應用中可以采用蒸汽與電加熱器聯合使用的方案，在300℃以下可采用綜合對比蒸汽顯熱及潛熱加熱兩種思路，方案設計中