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前不久，人民網(wǎng)以《炙手可熱的“熔鹽”》為題，介紹了熔鹽的優(yōu)異傳熱儲熱性能，在清潔取暖和太陽能熱發(fā)電中的應用，引起了廣泛關注。近日，太陽能光熱聯(lián)盟理事單位——中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司從技術角度對熔鹽儲能技術進行了介紹。

01 背景

在全球氣候變暖和不可再生能源日漸枯竭的背景下，可再生能源的研究與開發(fā)快速發(fā)展。傳統(tǒng)工業(yè)的低能源利用效率，太陽能、風能的不穩(wěn)定性，均需要配套儲能來解決能源供給與需求在時間、空間、強度上的不匹配問題。

2021年7月，《國家發(fā)展改革委國家能源局關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》（發(fā)改能源規(guī)〔2021〕1051號）將發(fā)展新型儲能作為提升能源電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、綜合效率和安全保障能力，支撐新型電力系統(tǒng)建設的重要舉措。意見鼓勵以需求為向?qū)В苿蛹夹g進步，探索開展儲熱及其他儲能技術的研究和示范應用。

02 基本原理

熔鹽是指熔融態(tài)下的液體鹽，工程中使用的熔鹽通常指無機鹽熔融體。熔鹽具有高沸點、低粘度、低蒸汽壓力和高體積熱的特點，是一種優(yōu)良的傳熱儲熱介質(zhì)。熔鹽儲能技術即利用熔鹽在升溫和降溫過程中的溫差實現(xiàn)熱能存儲。

03 光熱發(fā)電領域

世界上第一個配置熔融鹽蓄熱儲能技術的太陽能光熱發(fā)電項目是Solar Two實驗電站，它為熔融鹽在光熱發(fā)電領域的應用打下了基礎。2009年3月成功運行的西班牙安達索爾槽式光熱發(fā)電站配置了熔鹽儲熱系統(tǒng)，成為全球首個商業(yè)化聚光太陽能電站。由中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司負責總承包的青海共和50MW光熱電站采用了熔鹽塔式技術路線，其熔鹽儲熱系統(tǒng)可在無太陽的情況下，供發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)滿負荷運行6小時。

二元鹽Solar Salt（60%硝酸鈉+40%硝酸鉀）是目前多數(shù)光熱電站選用的傳儲熱工質(zhì)，其熔點為220℃，最高工作溫度可達600℃。光熱電站一般采用冷/熱熔鹽雙儲罐存放熔鹽，冷熔鹽貯罐內(nèi)的熔融鹽經(jīng)熔鹽泵輸送到太陽能集熱器內(nèi)，吸收熱能升溫后進入熱熔鹽儲罐中，隨后高溫熔融鹽流進熔鹽蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生過熱蒸汽，驅(qū)動蒸汽渦輪機運行發(fā)電，而熔鹽溫度降低后流回冷熔鹽儲罐。光熱發(fā)電站實際運行過程中，日照強度會不斷變化，傳儲熱系統(tǒng)需要依據(jù)各個節(jié)點管道內(nèi)熔鹽的溫度、壓力及時調(diào)整熔鹽流速，以保障系統(tǒng)穩(wěn)定工作，電站出力總體平穩(wěn)。

04 供暖領域

谷電蓄熱供熱技術是近年來新興的供熱技術之一，利用夜間低谷電加熱儲能介質(zhì)，將夜間富余的低谷電力轉(zhuǎn)換為熱能進行儲存，待用熱時進行供熱，有效解決了能量供求時間上不匹配的問題，轉(zhuǎn)移了富余的低谷電力，提高了能源綜合利用效率，帶來可觀的經(jīng)濟效益。

熔鹽儲能技術可實現(xiàn)谷電蓄熱，熔鹽儲能供暖系統(tǒng)原理如下圖。在夜間谷電時段，熔鹽泵將低溫熔鹽儲罐內(nèi)冷熔鹽輸送至熔鹽加熱器，利用谷電加熱，并在高溫儲罐中存儲，在日間用熱時段，高溫熔鹽被熔鹽泵抽出，流入熔鹽-水換熱器。市政用水在換熱器中與高溫熔鹽換熱成為熱水，為住宅小區(qū)供給熱能或熱水。系統(tǒng)內(nèi)熔鹽降溫后流回低溫熔鹽儲罐。

熔鹽蓄熱供暖系統(tǒng)與水蓄熱、固體蓄熱、箱變蓄熱對比，綜合占地面積、系統(tǒng)安全、使用壽命、儲能密度等因素考慮，占有明顯優(yōu)勢，詳見表1。

05 余熱回收領域

我國鋼鐵行業(yè)能源消耗一直居高不下，總耗能占全國工業(yè)耗能綜合的15%左右，能源利用率偏低，僅為30%~50%左右[1]。鋼鐵工業(yè)所產(chǎn)生的余熱溫度范圍較大，各個工序生產(chǎn)過程中形成的鋼制品、鋼渣廢料、焦炭等都存在大量可回收的熱量。目前廣泛使用的轉(zhuǎn)爐煙氣余熱回收系統(tǒng)，只能將高溫余熱轉(zhuǎn)化為低品位的低壓飽和蒸汽發(fā)電，余熱資源利用不充分。

鋼鐵爐熔鹽余熱回收發(fā)電系統(tǒng)原理如下圖，煉鋼過程中產(chǎn)生的高溫余熱采用熔鹽作為換熱儲能介質(zhì)，煙氣-熔鹽換熱器由多根并聯(lián)的金屬管束設置在煙腔內(nèi)，上下端彼此連通。熔鹽在管束中的流動方向與煙氣的流動方向相反，低溫熔鹽從煙氣出口進入管束，與煙氣換熱成為高溫熔鹽，存儲在高溫熔鹽儲罐中。高溫熔鹽通過熔鹽泵依次經(jīng)過過熱器、蒸發(fā)器、預熱器，與水換熱成為低溫熔鹽，重回到低溫熔鹽儲罐。蒸發(fā)器內(nèi)生成的過熱蒸汽驅(qū)動汽輪器發(fā)電。相比之下，鋼鐵爐熔鹽余熱回收發(fā)電系統(tǒng)可以使高溫余熱轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)熱能，產(chǎn)生穩(wěn)定可持續(xù)的高溫蒸汽，使發(fā)電功率和能源效率得到大幅提升，提高了余熱發(fā)電系統(tǒng)的靈活性。

06 火電靈活性改造領域

火電靈活性改造的主要目標是改善火電機組的最小出力限制，擴大機組出力調(diào)節(jié)的幅度，減小熱電聯(lián)產(chǎn)組合中發(fā)電對發(fā)熱的配比，即熱電解耦。目前實現(xiàn)發(fā)電機組熱電解耦的技術路線較多，熔鹽儲能技術是其中重要方法之一，其可與火電機組熱力系統(tǒng)參數(shù)相匹配，顯著改善火電機組供熱調(diào)峰能力。

熔鹽儲能熱電解耦系統(tǒng)原理如下圖[2]，該系統(tǒng)利用高溫蒸汽加熱熔鹽儲能，并實現(xiàn)供熱。當發(fā)電機組負荷較高，供熱能力過剩時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為儲熱模式，即低溫熔鹽經(jīng)過蒸汽換熱器加熱成為高溫熔鹽，通過熔鹽泵輸送至高溫熔鹽儲罐中存儲。換熱后的高溫蒸汽溫度降低，進入供熱聯(lián)箱，供應熱能用戶。當發(fā)電機組負荷低至供熱參數(shù)無法保證時（＜65%），系統(tǒng)將進入放熱模式，即高溫熔鹽作為加熱源，依次經(jīng)過過熱器、蒸發(fā)器、預熱器，加熱水產(chǎn)生供熱蒸汽，供應熱能用戶。通過熱電解耦，火電機組將不受工業(yè)供熱限制，發(fā)電機組的調(diào)峰能力得到提高，機組運行的靈活性得到了增加。

蒸汽加熱熔鹽儲能的火電機組調(diào)峰技術與現(xiàn)有的火電機組調(diào)峰技術相比，具有能耗低、機組運行更節(jié)能可靠，改造成本低等優(yōu)點。

07 結語

熔鹽儲能技術還亟待更深入的工程研究及更廣泛的應用場景挖掘。一批研究者正在探尋熔點更低，工作溫度更高，工業(yè)制取更簡單，儲能效率更高的多元熔鹽，以滿足不斷發(fā)展的儲能需求[3]。隨著研究不斷深入，熔鹽儲能技術在減少環(huán)境污染和提高能源效率等方面將釋放更大的潛力。

 
原標題：儲能科普：熔鹽儲能技術