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胡高斌：面向新型電力系統(tǒng)的熔融鹽儲(chǔ)熱與煤電機(jī)組耦合集成與靈活運(yùn)行技術(shù)

江蘇國(guó)信靖江發(fā)電有限公司設(shè)備部副主任

胡高斌：各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專(zhuān)家，大家下午好。我是江蘇國(guó)信新疆發(fā)電有限公司設(shè)備部武高斌，很榮幸能在儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)大平臺(tái)上和大家進(jìn)行交流學(xué)習(xí)。今天匯報(bào)的主題是面向新型電力系統(tǒng)的熔巖儲(chǔ)熱與煤電機(jī)組耦合集成與靈活運(yùn)行技術(shù)。我就以下5點(diǎn)進(jìn)行介紹，包括大環(huán)境的背景和電力行業(yè)的背景，儲(chǔ)能技術(shù)的選擇，這相對(duì)來(lái)說(shuō)是相對(duì)于煤電機(jī)組，熔融也儲(chǔ)熱的，在建項(xiàng)目的簡(jiǎn)單的實(shí)施方案和收益分析，最后是示范工程的引進(jìn)。

大家都知道在2030年要達(dá)到碳達(dá)峰，在2060年要實(shí)現(xiàn)碳中和，其目標(biāo)是黨中央的重大決策部署，相對(duì)于電力行業(yè)來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，碳中和基本思路和主要舉措是深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主題的綠色低碳新型電力系統(tǒng)。而且江蘇省十四五可再生能源發(fā)展規(guī)劃也提出，到2025年，江蘇全省可再生能源消納占全社會(huì)用量占比要達(dá)到21%，可再生能源總裝機(jī)量占比要超過(guò)30%，可再生能源在電網(wǎng)中占比要進(jìn)一步提升，要構(gòu)建新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，意味著風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電將是未來(lái)電力系統(tǒng)的主體。國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家能源局發(fā)布的關(guān)于加強(qiáng)推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)，主要要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)，是到2025年實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展的轉(zhuǎn)變，到2030年實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展，新型儲(chǔ)能核心技術(shù)裝備自主可控，進(jìn)行儲(chǔ)能成為能源領(lǐng)域綜合的關(guān)鍵支撐。

講行業(yè)背景，從兩個(gè)餅狀圖可以看出，雖然現(xiàn)在風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電約占國(guó)電源側(cè)總裝機(jī)容量的27%，但是的實(shí)際發(fā)電量?jī)H占12%，而火力發(fā)電以55%的裝機(jī)容量卻發(fā)出占比67%的電量，可見(jiàn)火力發(fā)電仍然是國(guó)電源側(cè)的中流砥柱。但是隨著新能源的發(fā)展，新能源的消耗面臨著很大的壓力，因此急需開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新能源的消納。

介紹儲(chǔ)能項(xiàng)目實(shí)施單位簡(jiǎn)介，公司位于江蘇省晉江市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)，主要經(jīng)營(yíng)內(nèi)容為火力發(fā)電、供氣，售電以及港口經(jīng)營(yíng)，公司兩臺(tái)66萬(wàn)的超臨界機(jī)組是2015年投產(chǎn)，年發(fā)電量約70億千瓦時(shí)。公司主要還承擔(dān)著晉江東部和中部區(qū)域的供熱，這5年供熱量約80萬(wàn)噸，大約是1小時(shí)100噸左右。由前面的介紹可知，公司地處長(zhǎng)三角地區(qū)，長(zhǎng)三角地區(qū)電網(wǎng)發(fā)達(dá)，電力輸送能力強(qiáng)，再加上東部沿海的海上風(fēng)電，還有光伏等新能源，所以說(shuō)在區(qū)域內(nèi)相對(duì)來(lái)說(shuō)火電機(jī)組的調(diào)峰做調(diào)頻的壓力比較大。

據(jù)前面所述在雙探的目標(biāo)下，在整個(gè)的大環(huán)境下，發(fā)展低碳能源，提高可再生能源比例已經(jīng)是板上釘釘?shù)模哉f(shuō)對(duì)于的燃煤的發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，提高的效率和靈活性改造，以及大力發(fā)展的儲(chǔ)能技術(shù)是勢(shì)在必行的。儲(chǔ)能技術(shù)是解決當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)頻和調(diào)峰能力不足，造成新能源消耗困難的關(guān)鍵。就相當(dāng)于剛剛的發(fā)改委和國(guó)家能源局也指出，新型儲(chǔ)能要成為新能源雙碳目標(biāo)的關(guān)鍵支撐之一，在電源側(cè)儲(chǔ)能方面要布置一批配置儲(chǔ)能的新型能源電站項(xiàng)目，通過(guò)儲(chǔ)能協(xié)調(diào)優(yōu)化保障性能源的高效利用，為電力系統(tǒng)提供容量支撐和一定的調(diào)峰能力。到2025年新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量要達(dá)到3,000萬(wàn)千瓦以上，要推進(jìn)儲(chǔ)能供熱與發(fā)電示范的應(yīng)用，所以說(shuō)儲(chǔ)能技術(shù)在提高可再生能源消納比例，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行等方面要發(fā)揮著重要的作用，是支撐國(guó)大規(guī)模發(fā)展新能源，保障能源安全的關(guān)鍵技術(shù)。想必大家都知道儲(chǔ)能技術(shù)按照原理可以分為以下幾點(diǎn)，包括機(jī)械儲(chǔ)能、熱化學(xué)儲(chǔ)能、熱量性?xún)?chǔ)能（其中包含熔鹽儲(chǔ)能）、電化學(xué)儲(chǔ)能、電池內(nèi)儲(chǔ)能等。抽水蓄能的成熟度比較高，規(guī)模很大，但嚴(yán)重依賴(lài)地理位置，建設(shè)周期較長(zhǎng)，資源受限，而電化學(xué)儲(chǔ)能效率高，響應(yīng)速度快，但是單位成本相對(duì)于來(lái)說(shuō)較高，壽命短，安全風(fēng)險(xiǎn)交大熱化學(xué)組目前成熟度較低，全過(guò)程儲(chǔ)能效率低，不具備商業(yè)化運(yùn)行的條件。電子儲(chǔ)能還處在實(shí)驗(yàn)階段，所以說(shuō)相對(duì)于煤電機(jī)組來(lái)說(shuō)，熱量型儲(chǔ)能技術(shù)過(guò)程簡(jiǎn)單，關(guān)鍵設(shè)備發(fā)展較為成熟，其中若年儲(chǔ)能技術(shù)具有儲(chǔ)能密度高，單位成本低，安全可靠等優(yōu)勢(shì)，可與新能源等多種形式，和并提高能源的供給，靈活運(yùn)行能力是構(gòu)建綠色低碳電力系統(tǒng)的重要儲(chǔ)能技術(shù)。

從表也可以看出，相比于其的儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)于煤電機(jī)組熱熔巖儲(chǔ)能具有適用范圍廣，綠色環(huán)保、安全性高、壽命長(zhǎng)，占地面積小，單位成本低等優(yōu)點(diǎn)，且沒(méi)有地理環(huán)境的限制，是目前大規(guī)模中高溫儲(chǔ)熱季度的首選。熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)主要以電能和熱能、熱能兩種形式耦合于當(dāng)前能源供應(yīng)系統(tǒng)中，如光熱發(fā)電、集中供熱等，針對(duì)于供熱機(jī)組要滿(mǎn)足新能源為主的發(fā)熱發(fā)電系統(tǒng)，填補(bǔ)穩(wěn)定電網(wǎng)安全運(yùn)行，調(diào)節(jié)消納新能源、電氣等要求，不僅解決電網(wǎng)消納新能源調(diào)峰難題，而且增強(qiáng)新型綠色低碳電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又為工業(yè)用戶(hù)提供綠色清潔熱源的低碳發(fā)展路徑，推動(dòng)能綠色低碳發(fā)電目標(biāo)的不斷前行。

公司現(xiàn)在面臨著幾個(gè)瓶頸的情況，供熱抽氣口是從鍋爐載熱器第一級(jí)載熱器出口取出的，再熱器第一級(jí)聯(lián)箱蒸汽通過(guò)背壓機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)外供熱，采取被壓機(jī)可以實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，且減少百1%的常用電率。但是瓶頸也顯而易見(jiàn)，當(dāng)機(jī)組深度表觀(guān)達(dá)到40%的負(fù)荷的時(shí)候，即使是供熱整體全部通過(guò)投入也只能提供大約80噸每小時(shí)的供氣，當(dāng)然平均量是100噸每小時(shí)，就相當(dāng)于平常的供氣高峰來(lái)說(shuō)，供氣量還是不夠的，尤其是在現(xiàn)在的這種情況下，深度調(diào)峰也很平常，所以說(shuō)這是供氣的瓶頸。第二個(gè)是公司兩臺(tái)機(jī)組打開(kāi)深度調(diào)峰，長(zhǎng)周期運(yùn)行只能達(dá)到35%的負(fù)荷，再往下的話(huà)就面臨著最后的脫銷(xiāo)，所以說(shuō)深度調(diào)峰的調(diào)控深度也是瓶頸。第三個(gè)是參與調(diào)頻輔助市場(chǎng)這一方面，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，每天的調(diào)節(jié)頻率大概是700~1200次，調(diào)節(jié)功率主要在±4.5兆瓦之間，相對(duì)于如果通過(guò)改變?nèi)紵齺?lái)響應(yīng)調(diào)頻的話(huà)，響應(yīng)速度是以幾十秒來(lái)計(jì)算的，相對(duì)于區(qū)域內(nèi)的其的門(mén)店進(jìn)行并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，這是幾個(gè)制約的條件。

有制約條件，就進(jìn)行聯(lián)合西安熱工研究院進(jìn)行共同探討，最終確定的熔巖儲(chǔ)能的方案應(yīng)該是熔巖儲(chǔ)能，可以實(shí)現(xiàn)由電流往熱能再往熱能的轉(zhuǎn)換，再加上是供熱基礎(chǔ)，所以說(shuō)相對(duì)于來(lái)說(shuō)是最適合機(jī)組的儲(chǔ)能的方案。

熔巖儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要材料和設(shè)備如圖中所示主要是熔融鹽，采取的是三元鹽，熔點(diǎn)大概是115度，實(shí)際運(yùn)行溫度在200~400之間。第二個(gè)是熔巖罐，第三個(gè)換熱器、泵、電加熱器熔巖的電加熱是從機(jī)組的6000伏取電的，通過(guò)變壓器降壓，對(duì)分為4組對(duì)熔巖進(jìn)行加熱，熔巖電加熱器系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，通過(guò)的供氣的需求，包括供氣的壓力、溫度、流量等方面，還有對(duì)于的調(diào)頻和調(diào)峰的需求，綜合選擇的是整個(gè)熔巖的電加熱器的工具，總共合起來(lái)是36兆瓦，儲(chǔ)熱量是兩個(gè)熔巖罐的儲(chǔ)熱量是不小的，是72兆瓦時(shí)。

這邊是現(xiàn)在實(shí)施項(xiàng)目的簡(jiǎn)單的方案的系統(tǒng)圖，是分為兩個(gè)部分，是吸熱過(guò)程，是放熱過(guò)程，首先講吸熱過(guò)程，從互動(dòng)可以看出，低溫熔鹽罐的低溫冷凝，當(dāng)然低溫是相對(duì)來(lái)說(shuō)的，也是在211℃左右，通過(guò)熔巖泵把打出來(lái)，通過(guò)電加熱器剛剛這邊是從六清基礎(chǔ)的6000伏取出來(lái)的降壓，其對(duì)熔巖低溫熔巖進(jìn)行加熱加熱，到大概388℃之后進(jìn)入高溫罐，這是吸熱過(guò)程，放熱過(guò)程高溫溶液罐的高溫熔巖通過(guò)熔巖泵進(jìn)行打出，通過(guò)換熱器對(duì)出氧氣來(lái)的汽水進(jìn)行換熱，變成低溫的這種已經(jīng)進(jìn)入低溫罐循環(huán)，同時(shí)還有熱能的轉(zhuǎn)化是從除氧器出口下降完取出汽水，通過(guò)換熱器進(jìn)行加熱，加入到260度1.1兆帕，對(duì)外供氣。比如說(shuō)省調(diào)來(lái)指令要求上網(wǎng)負(fù)荷提高到605，也增加5兆瓦，直接就把電加熱器的工具通過(guò)工具控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，把電加熱器的工具從20兆瓦降到15兆瓦，在機(jī)組處理不變還是620兆瓦，上網(wǎng)的負(fù)荷就變成605兆瓦，也說(shuō)可以迅速響應(yīng)電網(wǎng)的指令，在機(jī)組出力不變，如果通過(guò)機(jī)組的人改變?nèi)紵齺?lái)響應(yīng)的話(huà)，肯定是要個(gè)幾十秒，但是直接通過(guò)的龍巖工具控制的方法來(lái)直接把熔巖的工具直接補(bǔ)貼到上網(wǎng)符合上，可以實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的響應(yīng)，總共響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)一秒。響應(yīng)進(jìn)度的話(huà)肯定是在熔巖電電熱器工具范圍內(nèi)，肯定是100%的精度響應(yīng)，反之亦然，所以說(shuō)熔鹽電加熱器的工具就控制在合適的范圍，而對(duì)于電網(wǎng)條峰的話(huà)，在深度調(diào)峰的時(shí)候可以直接把電熱電加熱器工具給堆滿(mǎn)，盡量多分擔(dān)一點(diǎn)工具，上網(wǎng)的負(fù)荷就低的。

接下來(lái)給大家匯報(bào)整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度，目前熔巖儲(chǔ)能幾乎都用于太陽(yáng)能光熱電站除此之外缺乏大規(guī)模與煤電機(jī)組應(yīng)用的案例，僅有規(guī)模較小的供暖示范項(xiàng)目。從2019年就感受到火電行業(yè)即將迎來(lái)重大的變革，同時(shí)也存在前文所說(shuō)的工業(yè)供給和外部的深度調(diào)峰調(diào)頻之間的矛盾。所以說(shuō)在2020年初就開(kāi)始聯(lián)系西安熱工研究院進(jìn)行工業(yè)供氣、調(diào)兵調(diào)分等，在研究過(guò)程中對(duì)比的前面所說(shuō)的多種技術(shù)路線(xiàn)，因?yàn)楣?，所以說(shuō)最終選擇熔鹽儲(chǔ)熱是最適合靈活性改造的技術(shù)路線(xiàn)，而且具有長(zhǎng)壽命、低成本、高安全等其儲(chǔ)能技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，所以在2020年底就通過(guò)財(cái)政評(píng)審，完成項(xiàng)目可研，在2021年就開(kāi)始進(jìn)入到項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，也組織外部專(zhuān)家進(jìn)行層層論證，論證過(guò)程中攻克的熔巖加熱方式主要指的是蒸汽加熱和電加熱的對(duì)比，還有系統(tǒng)的費(fèi)用問(wèn)題，比如說(shuō)電源的備用，水源的備用。系統(tǒng)啟動(dòng)問(wèn)題包括存在態(tài)啟動(dòng)、溫態(tài)啟動(dòng)、熱態(tài)啟動(dòng)、系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化，調(diào)頻工況調(diào)、分工報(bào)和頂尖分工況，以及鍋爐汽機(jī)儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)控制優(yōu)化等技術(shù)難題，最關(guān)鍵的還是的整體協(xié)調(diào)優(yōu)化，以保障系統(tǒng)在安全穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)輔助服務(wù)收益最大化，鍋爐氣機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最大化的目標(biāo)。該項(xiàng)目是從去年11月開(kāi)始建設(shè)的，到現(xiàn)在已經(jīng)完成土建工作，正在進(jìn)行設(shè)備安裝?？偘揭彩俏靼苍海A(yù)期在4月份進(jìn)行試運(yùn)行，根據(jù)省內(nèi)進(jìn)行有鋰電池的儲(chǔ)能調(diào)頻改造的項(xiàng)目，兩臺(tái)機(jī)組的調(diào)頻收益是達(dá)到每天30萬(wàn)元，對(duì)比收益的話(huà)，因?yàn)榈碾娂訜崞鞴β矢?，所以說(shuō)總投資是5000多萬(wàn)元，36兆瓦，所以說(shuō)預(yù)計(jì)不到一年的時(shí)間就可以收回成本。項(xiàng)目投資收益性較好，但是實(shí)際的收益還是要看到時(shí)候4月份具體的試運(yùn)行的情況決定，也實(shí)現(xiàn)前所說(shuō)的能源局要求的目標(biāo)。

綜上所述，采取的熔巖儲(chǔ)能與煤電機(jī)組相耦合的方案，是可以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)機(jī)組深度調(diào)控達(dá)到30%，而且顯著提高技術(shù)的調(diào)配能力，剛剛所說(shuō)的也可以滿(mǎn)足50噸每小時(shí)的工業(yè)用氣，因?yàn)槭前涯芰窟M(jìn)行轉(zhuǎn)換的，電能變成熱能再變成熱能，這是簡(jiǎn)單的收益。調(diào)頻調(diào)峰收益預(yù)計(jì)一年就可以收回成本，共性安全就不多說(shuō)，也可以有效降低為基礎(chǔ)的調(diào)溫深度，利用干濕態(tài)轉(zhuǎn)化。項(xiàng)目從開(kāi)始執(zhí)行就得到火電行業(yè)和光熱儲(chǔ)能行業(yè)的廣泛關(guān)注，被光熱發(fā)電平臺(tái)評(píng)為2021年度中國(guó)光熱發(fā)電行業(yè)十大新聞之一。所以公司和西安熱工院研究有限公司共同實(shí)施的熔鹽儲(chǔ)能項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首例化融煤電機(jī)組和熔鹽儲(chǔ)能相結(jié)合的項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)都能有匹配與協(xié)調(diào)優(yōu)化，提高耦合發(fā)電系統(tǒng)的靈活性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

項(xiàng)目現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入實(shí)施階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)建立協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，攻克熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)多項(xiàng)技術(shù)難題，預(yù)計(jì)項(xiàng)目4月份進(jìn)行試運(yùn)行，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)在火電機(jī)組的大規(guī)模工程示范的項(xiàng)目，為火電機(jī)組的可持續(xù)發(fā)展提供下一步的解決方案。項(xiàng)目研究成果前景廣闊，相關(guān)技術(shù)推廣后將進(jìn)一步提高，所以這種高比例的可再生能源的消納，促進(jìn)火電與規(guī)?；稍偕茉吹膮f(xié)調(diào)發(fā)展。