儲熱技術(shù)：高性價比的能源解決方案
2024-06-18 06:04:41
科學(xué)導(dǎo)報 2024年38期
近日，隨著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“雙塔一機”風(fēng)光熱儲一體化項目——三峽恒基能脈瓜州70萬千瓦“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。
國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)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(guī)模達(dá)3530萬千瓦，新型儲能電站逐步呈現(xiàn)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(yīng)場景廣泛，受到行業(yè)青睞。在政府鼓勵下，我國儲熱行業(yè)市場規(guī)模不斷擴大，儲熱技術(shù)迎來發(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(dá)德令哈市光伏（光熱）產(chǎn)業(yè)園。全長24公里的光伏大道兩側(cè)，定日鏡場在陽光照射下熠熠生輝。
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小時熔鹽儲能系統(tǒng)，設(shè)計年發(fā)電量1.46億千瓦時。
當(dāng)太陽升起，一個個定日鏡如向日葵般跟隨太陽轉(zhuǎn)動，將太陽光反射匯聚到吸熱塔頂部的吸熱器上。液態(tài)低溫熔鹽通過冷鹽泵驅(qū)動，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?zé)猁}罐中儲存。在需要發(fā)電時，高溫熔鹽與水換熱后產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，驅(qū)動汽輪發(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(yīng)用廣泛。三峽集團科學(xué)技術(shù)研究院副院長唐博進(jìn)告訴筆者，三峽恒基能脈瓜州70萬千瓦“光熱儲能+”項目的100兆瓦光熱發(fā)電機組配置了6小時熔鹽儲熱系統(tǒng)。這使發(fā)電機組不受光照強度變化影響，保持穩(wěn)定的電力輸出，實現(xiàn)連續(xù)平穩(wěn)發(fā)電。此外，位于甘肅省的蘭州大成敦煌50兆瓦熔鹽線性菲涅爾式光熱電站已投產(chǎn)應(yīng)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(quán)的線性菲涅爾聚光集熱技術(shù)，儲熱時長15小時，具備24小時持續(xù)發(fā)電能力。
據(jù)不完全統(tǒng)計，當(dāng)前國內(nèi)已投運和在建的熔鹽儲熱項目多達(dá)數(shù)十項。其中，今年3月正式開工的中廣核新能源青海德令哈光儲熱一體化200萬千瓦項目，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(shè)一個工業(yè)規(guī)模的沙基熱能儲存系統(tǒng)，將多余的風(fēng)能和太陽能以熱能的形式儲存在沙子中。
在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中大有可為
唐博進(jìn)認(rèn)為，儲熱技術(shù)在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中將發(fā)揮重要作用。
“加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，意味著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(fù)荷的不匹配將進(jìn)一步增加。儲熱技術(shù)可將太陽能、風(fēng)能等清潔能源轉(zhuǎn)化為熱能儲存，再根據(jù)供電需求將儲存的熱能轉(zhuǎn)化為電能。
在新型電力系統(tǒng)中，儲熱技術(shù)是支撐發(fā)電側(cè)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，在電源側(cè)配置儲熱發(fā)電，既為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行增添保障，又讓其具備了發(fā)電容量和頻率的調(diào)節(jié)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(yīng)用空間，有望成為能源系統(tǒng)管理中的重要一環(huán)?！碧撇┻M(jìn)解釋，比如河北黃帝城太陽能儲熱采暖項目將低聚光比塔式太陽能集熱和跨季節(jié)水體儲熱兩項技術(shù)結(jié)合，通過太陽能集熱場收集夏季豐富的太陽能，并將收集到的太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，儲存在水體中。這些熱能可通過循環(huán)系統(tǒng)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(tǒng)進(jìn)行熱力解耦。這能改善傳統(tǒng)火電站、燃?xì)怆娬?、核電站出力特性，保障新型電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)熱動力電站對電網(wǎng)的慣量支撐能力。
具備大規(guī)模發(fā)展?jié)摿?/h3>
即便儲熱系統(tǒng)有諸多優(yōu)點，但它同樣面臨著熱電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)效率偏低等問題。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(shè)大規(guī)模、高效率的儲熱系統(tǒng)，在安全性、穩(wěn)定性等方面存在技術(shù)挑戰(zhàn)。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，在實際應(yīng)用中還存在不少問題，且項目案例較少。此外，儲熱項目的建設(shè)和推廣還面臨成本與效率的博弈、應(yīng)用場景復(fù)雜、大眾認(rèn)知度低等因素制約。
雖有困難，但在藺新星看來，儲熱在實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)過程中具有獨特優(yōu)勢，具備大規(guī)模發(fā)展?jié)摿Γ嗤萘肯峦顿Y較低。
談及儲熱技術(shù)未來發(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(zhuǎn)換技術(shù)，另一方面，要將儲熱技術(shù)的熱電（或一次能源）轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)與熱應(yīng)用場景高效結(jié)合。
