1、熔盐储热的原理
1)随着“3060双碳”目标在我国的全面落实与推进,在当今的能源行业,可再生能源发电的快速增长以及新型电力系统建设的迫切需求引领了储能技术的迅猛发展。由于新型电力系统越来越依赖可再生能源,整个系统受天气条件和季节性变化的影响日益严重,新型电力系统对于能够平衡电力供应、缓解系统波动的可调节资源的需求与日俱增。新型长时储能(LDES)作为一种能够在长时间内储存大量电能的技术,能够满足新型电力系统对于系统稳定性的需求,已经成为能源领域的一个关键概念。
2)作为满足长时储能需求的有力技术路线之一,熔盐储热技术正逐渐崭露头角。熔盐储热的基本原理涉及将能量以热能的形式存储在高温介质当中,以在需要电力时将其转化为电能。对比其他储能技术,熔盐储热具有提供热能、适配传统发电技术等独特优势,使其在应对调峰辅助服务、系统供热和储备能源方面具有巨大潜力。然而,新技术的发展常常伴随着挑战和风险。与电化学储能在2021年左右的处境类似,随着示范项目的逐步推广,熔盐储热也面临着安全性问题的严峻考验。尤其是在今年5月发生的丰鹤电厂熔盐储能项目重大安全事故,更是为行业敲响了警钟,再次强调了熔盐储热的技术风险。
3)熔盐储热(储能)技术是一种先进的热能储存系统。其核心原理是将热能储存在高温熔化的盐溶液中,以供后续转化为电力或热能,具有理论成本低、工作温度高、环境友好等特点。一个熔盐储热项目的关键部分包括冷/热盐储罐、电加热器、换热器以及配套的汽轮机等组件,详细构成见图。
4)熔融盐储热系统概念图
5)熔融盐储热系统的主要设备
(1)在充电阶段,电加热器使用外部电力产生热能,用以加热盐溶液,将其升温至高温状态,通常可达600摄氏度。熔盐储热系统储能媒介通常是一种含有钾和硝酸钠的混合物,具有良好的热特性和长寿命,不仅可以在高温下储存大量热能,还具有环保性,不会泄漏或对环境造成危害。在放电阶段,高温的熔盐通过热交换器将热能传递给流体介质,通常是高温油。该介质随后被用于产生高温高压蒸汽,以驱动汽轮机来生产电力。同时,冷却的熔盐则被泵回冷盐储罐,准备好参与到下次储能过程当中。
(2)理论上,熔盐储热是一种高效且环保的能源储存系统,能够供热的特性使其从其他储能技术中脱颖而出。它可以用于电力领域,直接供应高温蒸汽以发电,也可以直接为工业园区供热以及高压蒸汽,有助于减少工业对化石燃料的依赖,降低碳排放。该技术具有广泛的应用前景,有望为能源行业的可持续发展提供有力支持。
2、熔盐储热应用场景:由于熔盐储能独特的储热能力,其应用场景与当下主流的电化学储能略有差异。近年来,熔盐储热技术开始在多个领域崭露头角,如光热电站、火电灵活性改造、工业余热回收、蓄热空调、城市供热等。其中,以太阳能光热发电与火电灵活性改造这两个领域的推广应用最为广泛,部分项目已实现商业化运行。
1)太阳能光热发电:光热发电技术(Concentrating Solar Power,CSP)将太阳辐射能有效地捕获并转化为高温热能,通过使用反光镜或其他集光系统,太阳辐射被聚焦到一个小面积上,大幅提高光热发电系统的能量密度。聚焦后的太阳能会被用来加热工质,通常是熔盐,将其储存为高温热能,随后通过加热蒸汽驱动汽轮机的方式来发电,系统具体构成见图2。纵观整个光热系统,热能储存系统(Thermal Energy Storage,TES)弥补太阳供能的不稳定性。光热发电系统在太阳能供应充足时可以连续产生电力,而在夜晚或阴天,可以通过释放储存的热能来继续发电,实现了全天候的电力供应,因此光热技术也被认为是自带储能的太阳能发电技术。
2)光热电站结构图:
(1) 槽式光热电站结构图:
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