(2)塔式光热电站结构图:
*理论上,光热技术可选的高温热能存储介质包括固态介质、加压水、熔融盐等,然而现阶段商业化的光热发电系统几乎完全采用熔盐作为储能方式。对比水储热,熔盐储热的工作温度区间更宽、温度更高且不需要高压等极端工况;对比固体储热,熔盐储热更加稳定、寿命长、换热效率高,因此熔盐储热在光热领域被广泛应用。在运行的商业化光热项目中,绝大部分均采用前文所提到的“太阳盐”,熔盐成本也占据了整个储热系统的大部分成本;光热发电发展至今,自身已成为了一个非常庞大且复杂的体系,熔盐储热仅为光热发电的子系统。
2)火储联合参与辅助服务
(1)火电灵活性改造的背景:
a. 随着新能源的快速增长,新型电网对于可调节资源的需求与日俱增。虽然抽水蓄能以及电化学储能被普遍认为是解决这一需求的最终方案,但抽水蓄能建设周期长、选址限制大,电化学储能商业化进展缓慢,两者在短期内均不能满足电网快速增长的调峰、调频需求,电力系统急需一个短期可行的过渡方案。截止2023年第三季度,我国火电在全国总装机量占比为49.2%,仍是电源侧的中流砥柱。5通过火电灵活性改造,使得老旧存量机组具备调节能力,便成为当下解决电网可调资源匮乏问题最直接的解决方案。随着各省份辅助服务交易规则的实施,参与辅助服务获得补偿收入,将成为煤电机组未来的重要盈利点。火电的可调节性主要体现在参与电网调峰、调频。
b.火电机组在参与该类辅助服务时,通常需要降低出力,做出频繁的调节,这种运行方式对于火电机组来说是不经济的,也会加大机组设备损耗,老旧机组的性能也无法满足电网对于辅助服务的考核标准。对于具备热电联产能力(Combined Heat and Power,CHP),参与供热供汽的机组而言,由于机组本身具有强热电耦合特性,在电网用电负荷低谷期往往由于保障供热的需求而无法实现机组出力的进一步下调。在电网高负荷期则由于供热的需求而无法带满负荷运行。因此大部分火电机组需要通过灵活性改造,提高调频调峰能力,缓解发电与供热供汽的矛盾,才能更有效地参与到电网辅助服务当中。
c.储能联合火电机组参与辅助服务,被认为是等效于火电灵活性改造的可行方式之一。储能技术具有响应速度快、控制精确和双向调节能力的特点,在辅助服务领域对比传统火电有着不可比拟的优势。目前,锂电储能联合火电调频已在广东、江苏等地得到广泛实践,部分项目已实现较好的经济性。然而,随着锂电储能调频项目的推广,其技术缺陷也逐渐显现。首先,考虑到机组调节的特性和频次,参与调频辅助服务多要求储能电池浅充浅放,削减锂电池寿命,严重缩短了项目运行年限;其次,现有绝大部分锂电池联合调频项目只响应AGC,并没有从根本上解决参与辅助服务所带来的的机组损耗问题;此外,锂电储能难以解决供汽供热的问题。因此,行业也在探索更加适合火储联合参与辅助服务的新型储能技术。
(2)熔盐储热联合火电机组参与辅助服务
a.熔盐储热由于其显热特性,工作温度区间与火电系统的温度要求相当,且在放电过程中运用高温高压蒸汽驱动汽轮机发电,具有旋转惯性。其技术原理与火电天然契合,对比锂电储能可更有效、更灵活地融入火电体系当中,更适用于火电机组灵活性改造。将熔盐储热系统接入机组的热力系统,在合适的时候加热熔盐存储热能,在电网低负荷时段(有调峰需求)不仅可以提高辅助服务响应速度,也可取代原有机组供热供汽;在电网高负荷时段可调节蒸汽输出,使得机组可以带满负荷,在一定程度上实现“热电解耦”,提高机组灵活运行的能力。储热系统的加入也使得工业供热供汽的稳定性安全性大幅提。
b.熔盐储热系统接入火电机组的方式也非常灵活。加热系统既可以采用主机蒸汽直接加热熔盐,也可使用电加热器利用厂用电加热。前者经济性好但是影响汽轮机安全稳定,且蒸汽加热系统更为复杂;后者经济性略低,但是电加热设备结构简单,更加稳定。系统输出方面,熔盐储热也有更多选项,既可以直接输出蒸汽,也可以驱动汽轮机输出电能。具体系统结构参考图。
(3)熔盐储热联合火电机组系统示意图
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