储热技术：高性价比的能源解决方案

2024-05-29 08:52:25 来源：科技日报

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近日，随着最后一罐混凝土浇筑入仓，三峡集团所属三峡能源青海格尔木10万千瓦光热项目顺利封顶。在海拔2900多米的西北戈壁，吸热塔与定日镜场勾勒出光热电站的雏形。

距格尔木700多公里的甘肃省瓜州县，全球首个“双塔一机”风光热储一体化项目——三峡恒基能脉瓜州70万千瓦“光热储能+”项目正加速推进。建成后，项目年发电量将超18亿千瓦时。

国家能源局数据显示，截至2024年一季度末，全国已建成投运新型储能项目累计装机规模达3530万千瓦，新型储能电站逐步呈现集中式、大型化趋势。作为一种新型储能技术，储热技术适应场景广泛，受到行业青睐。在政府鼓励下，我国储热行业市场规模不断扩大，储热技术迎来发展黄金期。

熔盐广泛用于我国光热发电项目

从青海省德令哈市出发向西行驶10公里，即可到达德令哈市光伏（光热）产业园。全长24公里的光伏大道两侧，定日镜场在阳光照射下熠熠生辉。

青海中控50兆瓦塔式熔盐储能光热电站是产业园核心项目。它采用塔式技术，以熔盐作为传热流体，配置了7小时熔盐储能系统，设计年发电量1.46亿千瓦时。

当太阳升起，一个个定日镜如向日葵般跟随太阳转动，将太阳光反射汇聚到吸热塔顶部的吸热器上。液态低温熔盐通过冷盐泵驱动，流经塔顶吸热器吸收热量，温度可升至290—565摄氏度。被加热的熔盐流入高温热盐罐中储存。在需要发电时，高温熔盐与水换热后产生高温高压蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。

作为一种优良的储热介质，熔盐在我国光热发电项目中应用广泛。三峡集团科学技术研究院副院长唐博进告诉科技日报记者，三峡恒基能脉瓜州70万千瓦“光热储能+”项目的100兆瓦光热发电机组配置了6小时熔盐储热系统。这使发电机组不受光照强度变化影响，保持稳定的电力输出，实现连续平稳发电。此外，位于甘肃省的兰州大成敦煌50兆瓦熔盐线性菲涅尔式光热电站已投产应用近3年。它采用兰州大成科技股份有限公司自主知识产权的线性菲涅尔聚光集热技术，储热时长15小时，具备24小时持续发电能力。

据不完全统计，当前国内已投运和在建的熔盐储热项目多达数十项。其中，今年3月正式开工的中广核新能源青海德令哈光储热一体化200万千瓦项目，更是创下塔式光热发电全球最大单机容量。

除了熔盐，空气、水、沙石等都是可供利用的储热介质。如芬兰初创公司Polar Night Energy计划建设一个工业规模的沙基热能储存系统，将多余的风能和太阳能以热能的形式储存在沙子中。

在新型电力系统建设中大有可为

唐博进认为，储热技术在新型电力系统建设中将发挥重要作用。

“加快构建新型电力系统，意味着清洁能源将代替煤炭、石油、天然气等不可再生能源成为主力电源。”唐博进表示，太阳能、风能随机性高、可控性差，若将其直接作为主力电源，电力与负荷的不匹配将进一步增加。储热技术可将太阳能、风能等清洁能源转化为热能储存，再根据供电需求将储存的热能转化为电能。

在新型电力系统中，储热技术是支撑发电侧高比例可再生能源接入和消纳的关键技术手段之一。在唐博进看来，在电源侧配置储热发电，既为电力系统稳定运行增添保障，又让其具备了发电容量和频率的调节能力。

“不论对于集中式可再生能源电站还是分布式风光发电项目，储热技术都具备一定应用空间，有望成为能源系统管理中的重要一环。”唐博进解释，比如河北黄帝城太阳能储热采暖项目将低聚光比塔式太阳能集热和跨季节水体储热两项技术结合，通过太阳能集热场收集夏季丰富的太阳能，并将收集到的太阳能转化为热能，储存在水体中。这些热能可通过循环系统在冬季为建筑供暖。

此外，抽气蓄热等储热技术可将电站热源与热发电系统进行热力解耦。这能改善传统火电站、燃气电站、核电站出力特性，保障新型电力系统中传统热动力电站对电网的惯量支撑能力。

具备大规模发展潜力

即便储热系统有诸多优点，但它同样面临着热电转换环节效率偏低等问题。三峡集团科学技术研究院高级工程师蔺新星表示，建设大规模、高效率的储热系统，在安全性、稳定性等方面存在技术挑战。相变材料储热、化学储热等新型储热技术成熟度还不够高，在实际应用中还存在不少问题，且项目案例较少。此外，储热项目的建设和推广还面临成本与效率的博弈、应用场景复杂、大众认知度低等因素制约。

虽有困难，但在蔺新星看来，储热在实现“双碳”目标过程中具有独特优势，具备大规模发展潜力，相同容量下投资较低。

谈及储热技术未来发展方向，蔺新星建议，一方面，要大力发展新型高效的热电转换技术，另一方面，要将储热技术的热电（或一次能源）转换环节与热应用场景高效结合。