為實現(xiàn)碳達峰、碳中和，努力構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系，2021年7月23日，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，文件顯示，到2025年，我國要實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變，到2030年，要實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。新型儲能成為能源領(lǐng)域碳達峰、碳中和的關(guān)鍵支撐之一。
新型儲能政策的落地，給氫儲能、光熱熔鹽儲能、電池儲能等產(chǎn)業(yè)帶來重大利好。特別是已經(jīng)在商業(yè)化太陽能熱發(fā)電站中進行了大規(guī)模應(yīng)用，自帶高安全、低成本、高可靠、長壽命的熔鹽儲熱技術(shù)引發(fā)了新能源業(yè)界的高度關(guān)注。
儲熱技術(shù)和材料
儲熱技術(shù)是以儲熱材料為介質(zhì)將太陽能光熱、地?zé)?、工業(yè)余熱、低品位廢熱等熱能儲存起來，在需要的時候釋放，力圖解決由于時間、空間或強度上的熱能供給與需求間不匹配所帶來的問題，最大限度地提高整個系統(tǒng)的能源利用率而逐漸發(fā)展起來的一種技術(shù)。
目前，主要有三種儲熱方式，包括顯熱儲熱、潛熱儲熱（也稱為相變儲熱）和熱化學(xué)反應(yīng)儲熱。
表：三類蓄熱系統(tǒng)特點比較（來源：CNESA）
應(yīng)用場景
在我國，應(yīng)用最廣泛的是清潔供暖儲熱。在北方，清潔供暖一直是冬季大事，當(dāng)前清潔供暖已經(jīng)成為主流。如何儲熱并有效釋放，成為很多企業(yè)的首選攻關(guān)目標(biāo)。國內(nèi)儲熱企業(yè)多數(shù)也從此起步。像思安新能源科股份有限公司開發(fā)的“高效能固體儲熱系統(tǒng)”的系統(tǒng)運行安全可靠，儲放熱效率達到93.6%。
此外，應(yīng)用廣泛的還有一個領(lǐng)域是光熱電站儲熱（能）。雖然光熱電站的度電成本超過光伏，但是配備儲熱系統(tǒng)則可以有效降低光熱電站的成本。近日，亞洲開發(fā)銀行擬與土庫曼斯坦合作開發(fā)熔鹽儲能太陽能光熱與燃氣混合發(fā)電項目。根據(jù)其測算，利用熔鹽儲熱系統(tǒng)的蓄熱成本可低至2美分/kWh，而目前太陽能光伏+電池儲能1～4小時是最佳選擇，其儲能成本約為5～10美分/kWh。
浙江可勝技術(shù)股份有限公司董事長金建祥以德令哈市為例，分別利用光伏+電池、光伏+抽水蓄能、光伏+塔式光熱三種技術(shù)路線來設(shè)計年發(fā)電量為400GWh/年的“發(fā)電+儲能”系統(tǒng)并進行對比。（對比條件：要求滿足早高峰8:00-11:00和晚高峰17:00-22:00共計8小時67.64MW，平段11:00-17:00為47.35MW（70%），以及谷段22:00-次日8:00的27.06MW（40%）的用電曲線需求。系統(tǒng)設(shè)計使用年限為25年，資本金內(nèi)部收益率為10%。）
來源：浙江可勝技術(shù)股份有限公司
根據(jù)國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)布的《中國太陽能熱發(fā)電及采暖行業(yè)藍皮書2020》顯示，截至2020年，我國并網(wǎng)的太陽能熱發(fā)電累計裝機容量達到 538MW（含兆瓦級以上規(guī)模項目，其中，首批太陽能熱發(fā)電示范項目并網(wǎng)容量達到 450MW，共7座），其中配置的熔鹽儲能時長短則6小時，長則15小時，隨著各項目運行性能不斷提升，儲能優(yōu)勢明顯。
表：我國太陽能熱發(fā)電累計裝機容量（來源：《中國太陽能熱發(fā)電及采暖行業(yè)藍皮書2020》
從這兩項重要應(yīng)用場景拓展，儲熱價值現(xiàn)在已經(jīng)擴展到工業(yè)蒸汽、火電廠靈活性改造等市場。在解決棄風(fēng)棄光、促進可再生能源消納，參與電網(wǎng)調(diào)峰、負荷側(cè)調(diào)節(jié)等電力輔助服務(wù)市場，以及綜合能源服務(wù)等市場表現(xiàn)良好。
儲熱技術(shù)在電供暖、工業(yè)蒸汽、余熱回收等熱能利用市場，還擁有儲電技術(shù)無法參與的應(yīng)用場景。英國皇家工程院院士、英國伯明翰大學(xué)儲能研究中心主任丁玉龍曾表示，在中國每年消耗的約40億噸標(biāo)煤的能源中，超過50%被浪費掉了，其中大部分是以余熱的形式排放到環(huán)境中，支撐中國經(jīng)濟發(fā)展的部分能源需求可以通過采用節(jié)能技術(shù)提高能源利用效率來解決，儲能特別是儲熱技術(shù)在未來節(jié)能增效方面的作用不可小視。
從太陽能熱發(fā)電到清潔供暖，熔鹽儲熱優(yōu)勢明顯
熔鹽是理想的中高溫儲熱介質(zhì)，已在太陽能熱發(fā)電、清潔能源供暖中得到了大容量長期應(yīng)用；熔鹽儲熱還能在火電廠靈活性改造、熔鹽儲能熱電聯(lián)供系統(tǒng)、多能互補綜合能源儲能、間歇性余熱利用等方面發(fā)揮重要作用。
金建祥表示，“光熱采用的熔鹽儲能非常安全且資源豐富，同時，熱儲能的壽命非常長，可以跟抽水蓄能媲美?！?/div>
國家能源集團北京低碳清潔能源研究院院長衛(wèi)昶認為：事實上，在太陽能領(lǐng)域，由光轉(zhuǎn)換為熱的效率遠比光轉(zhuǎn)化為電更高，如何將太陽能以熱的形式儲存起來，直接用于對高品質(zhì)熱有較大需求的領(lǐng)域，或許是未來值得重視的技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域。
2021年6月，杭州鍋爐集團股份有限公司“基于太陽能光熱電站的熔鹽儲能技術(shù)經(jīng)過了多年的穩(wěn)定運行，并有相關(guān)的專利技術(shù)”發(fā)布公告顯示，擬以自有資金出資1200萬元投資設(shè)立全資子公司杭州西子零碳能源有限公司，西子零碳能源擬投資建設(shè)西子航空零碳智慧能源中心源網(wǎng)荷儲一體化示范項目。杭鍋股份表示，該項目建成后將作為儲能市場工程示范，為儲能市場拓展奠定基礎(chǔ)。調(diào)研中，在被問及“熔鹽儲能和現(xiàn)在主流的鋰電池儲電相比有什么優(yōu)勢”時，杭鍋股份表示，熔鹽儲能并不是去取代其他儲能方式，未來肯定是多種儲能方式并存，熔鹽儲能最大優(yōu)勢是成本和安全性，未來的應(yīng)用場景主要是工業(yè)園區(qū)的供暖、供電，燃煤電廠的改造等。
上海電氣集團股份有限公司中央研究院技術(shù)總監(jiān)張艷梅在會議報告中指出，熔鹽材料具有“四高三低”的優(yōu)勢，使儲熱系統(tǒng)具有適用范圍廣、綠色環(huán)保、安全穩(wěn)定等優(yōu)點，是目前大規(guī)模中高溫儲熱技術(shù)的首選，可廣泛應(yīng)用于火電靈活性改造、清潔供熱、可再生能源消納等領(lǐng)域。
表：上海電氣單/雙罐熔鹽儲熱系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)
此外，目前由北京市熱力集團有限責(zé)任公司在北京豐臺區(qū)投建的熔鹽蓄熱產(chǎn)業(yè)化推廣研究與示范項目正在積極推進建設(shè)。據(jù)悉，該項目將建設(shè)8MW熔鹽儲能裝置一套。主要配置高/低溫熔鹽儲罐、熔鹽加熱系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、智慧控制系統(tǒng)等設(shè)備，系統(tǒng)建成后將直接為北京西站地區(qū)供應(yīng)飽和蒸汽。該項目已申請綠電補助，建成后單噸蒸汽成本可低至119元/噸。
在研發(fā)方面，由北京市科學(xué)技術(shù)委員會立項，北京市、昌平區(qū)兩級經(jīng)費支持，啟迪清潔能源旗下企業(yè)——華業(yè)陽光作為承擔(dān)單位的“百兆瓦級電力高效利用低溫熔鹽蓄熱系統(tǒng)研制”課題成功于近期通過驗收。為配合低溫熔鹽蓄熱系統(tǒng)研制工作的順利開展，華業(yè)陽光在河北省石家莊綠朗時光采暖項目中成功應(yīng)用了低溫熔鹽蓄熱系統(tǒng)+多能互補技術(shù)，項目運行至今，系統(tǒng)工況穩(wěn)定，采暖效果良好。同時，通過綠朗時光示范項目近3年的實際應(yīng)用，整個熔鹽系統(tǒng)的熱效率約在92%以上，較天然氣供暖可節(jié)約成本約50%以上，供熱效果得到用戶的一致認可。
熔鹽儲熱系統(tǒng)作為熱儲能技術(shù)皇冠上的明珠，經(jīng)過多年發(fā)展，不斷突破并趨于成熟，也迎來了發(fā)展良機。
價值即未來
在清潔供暖領(lǐng)域，儲熱技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了廣泛應(yīng)用，且實際效果與運行成本在眾多供暖技術(shù)路線中占據(jù)優(yōu)勢；在工業(yè)用熱領(lǐng)域，在峰谷電價等配套政策較好的地方，儲熱電鍋爐應(yīng)用于工業(yè)蒸汽領(lǐng)域，成本已經(jīng)可以與燃氣相當(dāng)；在高溫發(fā)電領(lǐng)域，多個配套長時間低成本熔鹽儲熱技術(shù)的光熱發(fā)電項目已投入運行；在火電靈活性改造方面，兩批國家試點項目中有一半以上采用了儲熱相關(guān)技術(shù)路線；在源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補綜合能源服務(wù)項目開發(fā)中，儲熱更是不可或缺。
經(jīng)過近幾年的發(fā)展，我國儲熱技術(shù)已經(jīng)具備了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的基礎(chǔ)。正如國家電投集團科學(xué)技術(shù)研究院儲能技術(shù)研究所副所長白寧在會議演講時表示，未來靈活性電源、需求側(cè)響應(yīng)能力的建設(shè)是一個持續(xù)的且必要的巨大需求，儲熱是大規(guī)模儲能的一種，必須參與。目前，儲熱（冷）技術(shù)在火電靈活性改造、需求側(cè)管理措施、可再生能源消納及其他形式的應(yīng)用具有重要的作用。隨著儲熱應(yīng)用技術(shù)的進步，成本的進一步降低，其布局靈活、能量效率高、規(guī)模大等優(yōu)勢將不斷凸顯。
2021年4月，國家能源局向各省市印發(fā)《關(guān)于報送“十四五”電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補工作方案的通知》，這兩個一體化發(fā)展政策的出臺將為儲能發(fā)展帶來更多機遇，推動更多儲熱技術(shù)應(yīng)用。在2021年4月21日，國家發(fā)改委意見稿中將儲熱刪除之后，太陽能熱發(fā)電行業(yè)唯一國家級產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新合作組織，國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟第一時間組織相關(guān)院士、專家學(xué)者和企業(yè)界代表進行充分研討，經(jīng)過多輪征詢，聯(lián)合中國可再生能源學(xué)會太陽能熱發(fā)電專委會和儲能專委會共同蓋章，及時遞交了包括“增加'高安全’、'儲熱’等內(nèi)容”的反饋意見。正式文件的公布，重新將儲熱列入，對儲熱產(chǎn)業(yè)起到重要的引導(dǎo)作用。
隨后，2021年7月29日，國家發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于進一步完善分時電價機制的通知》提出：優(yōu)化分時電價機制，充分發(fā)揮市場決定價格作用，形成有效的市場化分時電價信號。業(yè)界認為，峰谷價差套利是儲能產(chǎn)業(yè)最廣泛和最重要的商業(yè)模式，進一步拉大尖峰電價，無疑是對儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。
2021年8月10日，國家發(fā)改委、國家能源局正式發(fā)布《關(guān)于鼓勵可再生能源發(fā)電企業(yè)自建或購買調(diào)峰能力增加并網(wǎng)規(guī)模的通知》。文件明確，為鼓勵發(fā)電企業(yè)市場化參與調(diào)峰資源建設(shè)，超過電網(wǎng)企業(yè)保障性并網(wǎng)以外的規(guī)模初期按照功率15%的掛鉤比例（時長4小時以上）配建調(diào)峰能力，按照20%以上掛鉤比例進行配建的優(yōu)先并網(wǎng)。專家認為，太陽能熱發(fā)電在長時間儲能方面的競爭力恰恰要大于短時間儲能，4小時被認為是光熱儲能和電化學(xué)儲能競爭的一個臨界點，超過4小時，光熱儲能的競爭優(yōu)勢將開始大于電化學(xué)儲能，8～10小時儲能配置的光熱電站在系統(tǒng)經(jīng)濟性上一般將可以達到最優(yōu)。
有數(shù)據(jù)表明，熱能占終端能源的消費需求高于50%，也就是說，儲熱的價值和發(fā)展空間并不比儲電小。國際可再生能源署（IRENA）于2020年發(fā)布的儲熱專項報告《創(chuàng)新展望：熱能存儲》指出，當(dāng)前全球約有234GWh的儲熱系統(tǒng)正在發(fā)揮著重要的靈活性調(diào)節(jié)作用。到2030年，全球儲熱市場規(guī)模將擴大3倍。在未來10年，儲熱裝機容量將增長到800GWh以上，儲熱市場發(fā)展的浪潮不可阻擋。而在這一系列政策的支持下，大規(guī)模儲熱供熱發(fā)展有望迎來機遇。
對于太陽能光熱企業(yè)而言，在新型儲能全面市場化發(fā)展的進程中，創(chuàng)新能力的提升，降本增效以及核心技術(shù)的掌控將成為產(chǎn)業(yè)所面臨的重要課題。
為“3060”添翼，儲能是新能源閉環(huán)中最重要的環(huán)節(jié)之一，具有廣闊發(fā)展前景。（文/董清風(fēng)）
參考資料：《中國太陽能熱發(fā)電及采暖行業(yè)藍皮書2020》，《中國儲熱發(fā)展概論》，《上海電氣中央研究院：熔鹽儲熱技術(shù)是目前大規(guī)模中高溫儲熱技術(shù)的首選》
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