儲熱技術(shù)：高性?xún)r(jià)比的能源解決方案

德令哈市光伏(光熱)產(chǎn)業(yè)園的定日鏡和吸熱塔。 新華社記者 張龍攝

近日，隨著(zhù)最后一罐混凝土澆筑入倉，三峽集團所屬三峽能源青海格爾木10萬(wàn)千瓦光熱項目順利封頂。在海拔2900多米的西北戈壁，吸熱塔與定日鏡場(chǎng)勾勒出光熱電站的雛形。

距格爾木700多公里的甘肅省瓜州縣，全球首個(gè)“雙塔一機”風(fēng)光熱儲一體化項目——三峽恒基能脈瓜州70萬(wàn)千瓦“光熱儲能+”項目正加速推進(jìn)。建成后，項目年發(fā)電量將超18億千瓦時(shí)。

國家能源局數據顯示，截至2024年一季度末，全國已建成投運新型儲能項目累計裝機規模達3530萬(wàn)千瓦，新型儲能電站逐步呈現集中式、大型化趨勢。作為一種新型儲能技術(shù)，儲熱技術(shù)適應場(chǎng)景廣泛，受到行業(yè)青睞。在政府鼓勵下，我國儲熱行業(yè)市場(chǎng)規模不斷擴大，儲熱技術(shù)迎來(lái)發(fā)展黃金期。

熔鹽廣泛用于我國光熱發(fā)電項目

從青海省德令哈市出發(fā)向西行駛10公里，即可到達德令哈市光伏(光熱)產(chǎn)業(yè)園。全長(cháng)24公里的光伏大道兩側，定日鏡場(chǎng)在陽(yáng)光照射下熠熠生輝。

青海中控50兆瓦塔式熔鹽儲能光熱電站是產(chǎn)業(yè)園核心項目。它采用塔式技術(shù)，以熔鹽作為傳熱流體，配置了7小時(shí)熔鹽儲能系統，設計年發(fā)電量1.46億千瓦時(shí)。

當太陽(yáng)升起，一個(gè)個(gè)定日鏡如向日葵般跟隨太陽(yáng)轉動(dòng)，將太陽(yáng)光反射匯聚到吸熱塔頂部的吸熱器上。液態(tài)低溫熔鹽通過(guò)冷鹽泵驅動(dòng)，流經(jīng)塔頂吸熱器吸收熱量，溫度可升至290—565攝氏度。被加熱的熔鹽流入高溫熱鹽罐中儲存。在需要發(fā)電時(shí)，高溫熔鹽與水換熱后產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，驅動(dòng)汽輪發(fā)電機組發(fā)電。

作為一種優(yōu)良的儲熱介質(zhì)，熔鹽在我國光熱發(fā)電項目中應用廣泛。三峽集團科學(xué)技術(shù)研究院副院長(cháng)唐博進(jìn)告訴科技日報記者，三峽恒基能脈瓜州70萬(wàn)千瓦“光熱儲能+”項目的100兆瓦光熱發(fā)電機組配置了6小時(shí)熔鹽儲熱系統。這使發(fā)電機組不受光照強度變化影響，保持穩定的電力輸出，實(shí)現連續平穩發(fā)電。此外，位于甘肅省的蘭州大成敦煌50兆瓦熔鹽線(xiàn)性菲涅爾式光熱電站已投產(chǎn)應用近3年。它采用蘭州大成科技股份有限公司自主知識產(chǎn)權的線(xiàn)性菲涅爾聚光集熱技術(shù)，儲熱時(shí)長(cháng)15小時(shí)，具備24小時(shí)持續發(fā)電能力。

據不完全統計，當前國內已投運和在建的熔鹽儲熱項目多達數十項。其中，今年3月正式開(kāi)工的中廣核新能源青海德令哈光儲熱一體化200萬(wàn)千瓦項目，更是創(chuàng )下塔式光熱發(fā)電全球最大單機容量。

除了熔鹽，空氣、水、沙石等都是可供利用的儲熱介質(zhì)。如芬蘭初創(chuàng )公司Polar Night Energy計劃建設一個(gè)工業(yè)規模的沙基熱能儲存系統，將多余的風(fēng)能和太陽(yáng)能以熱能的形式儲存在沙子中。

在新型電力系統建設中大有可為

唐博進(jìn)認為，儲熱技術(shù)在新型電力系統建設中將發(fā)揮重要作用。

“加快構建新型電力系統，意味著(zhù)清潔能源將代替煤炭、石油、天然氣等不可再生能源成為主力電源。”唐博進(jìn)表示，太陽(yáng)能、風(fēng)能隨機性高、可控性差，若將其直接作為主力電源，電力與負荷的不匹配將進(jìn)一步增加。儲熱技術(shù)可將太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源轉化為熱能儲存，再根據供電需求將儲存的熱能轉化為電能。

在新型電力系統中，儲熱技術(shù)是支撐發(fā)電側高比例可再生能源接入和消納的關(guān)鍵技術(shù)手段之一。在唐博進(jìn)看來(lái)，在電源側配置儲熱發(fā)電，既為電力系統穩定運行增添保障，又讓其具備了發(fā)電容量和頻率的調節能力。

“不論對于集中式可再生能源電站還是分布式風(fēng)光發(fā)電項目，儲熱技術(shù)都具備一定應用空間，有望成為能源系統管理中的重要一環(huán)。”唐博進(jìn)解釋?zhuān)热绾颖秉S帝城太陽(yáng)能儲熱采暖項目將低聚光比塔式太陽(yáng)能集熱和跨季節水體儲熱兩項技術(shù)結合，通過(guò)太陽(yáng)能集熱場(chǎng)收集夏季豐富的太陽(yáng)能，并將收集到的太陽(yáng)能轉化為熱能，儲存在水體中。這些熱能可通過(guò)循環(huán)系統在冬季為建筑供暖。

此外，抽氣蓄熱等儲熱技術(shù)可將電站熱源與熱發(fā)電系統進(jìn)行熱力解耦。這能改善傳統火電站、燃氣電站、核電站出力特性，保障新型電力系統中傳統熱動(dòng)力電站對電網(wǎng)的慣量支撐能力。

具備大規模發(fā)展潛力

即便儲熱系統有諸多優(yōu)點(diǎn)，但它同樣面臨著(zhù)熱電轉換環(huán)節效率偏低等問(wèn)題。三峽集團科學(xué)技術(shù)研究院高級工程師藺新星表示，建設大規模、高效率的儲熱系統，在安全性、穩定性等方面存在技術(shù)挑戰。相變材料儲熱、化學(xué)儲熱等新型儲熱技術(shù)成熟度還不夠高，在實(shí)際應用中還存在不少問(wèn)題，且項目案例較少。此外，儲熱項目的建設和推廣還面臨成本與效率的博弈、應用場(chǎng)景復雜、大眾認知度低等因素制約。

雖有困難，但在藺新星看來(lái)，儲熱在實(shí)現“雙碳”目標過(guò)程中具有獨特優(yōu)勢，具備大規模發(fā)展潛力，相同容量下投資較低。

談及儲熱技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向，藺新星建議，一方面，要大力發(fā)展新型高效的熱電轉換技術(shù)，另一方面，要將儲熱技術(shù)的熱電(或一次能源)轉換環(huán)節與熱應用場(chǎng)景高效結合。