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在2025第三屆中國長時儲能大會上，國家電投集團中央研究院儲能所（簡稱“國家電投”）儲熱室主任郭浩楠出席會議并作《核電耦合熱泵儲能安全高效調(diào)峰及高品質(zhì)穩(wěn)定供汽技術》主題報告，系統(tǒng)闡述了“核儲耦合”的剛需邏輯、技術困境，并詳解了國家電投自主研發(fā)的“核電耦合熱泵儲能技術”的核心優(yōu)勢、技術方案及研發(fā)進程。

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“核儲耦合”是核電發(fā)展的必答題

郭浩楠指出，核電調(diào)峰并非選擇題，而是未來能源結(jié)構下的必答題，且“核儲耦合”是唯一可行路徑。他從能源現(xiàn)狀、政策與產(chǎn)業(yè)需求、技術困境三方面進行了充分論證。

▌能源現(xiàn)狀：高比例可再生能源倒逼核電調(diào)峰

根據(jù)核電行業(yè)協(xié)會預測，到2035年我國核電發(fā)電量占比將提升至10%，風光發(fā)電量占比將達40%，二者合計50%的電力來自不可調(diào)節(jié)資源，必然引發(fā)兩大核心問題：一是長時間尺度下“源網(wǎng)荷儲”供需錯配；二是電網(wǎng)頻率失衡、電壓失穩(wěn)、慣量缺失的安全風險。

對核電企業(yè)而言，若想進一步提升裝機占比，必須探索核電調(diào)峰技術，否則將成為電網(wǎng)“剛性負荷”，制約可再生能源消納。

▌政策與產(chǎn)業(yè)需求驅(qū)動

（1）政策層面

2025年3月，國家能源局《東北電力輔助服務市場運營規(guī)則（征求意見稿）》，明確核電廠有償調(diào)峰基準為77%。

郭浩楠分析，在現(xiàn)貨市場未全面運行前，核電調(diào)峰成本可通過“火電調(diào)峰補貼”分攤，但2025年東北現(xiàn)貨市場暫停后，火電調(diào)峰補貼全面取消，直接導致東北火電機組（多為煤電機組）運營壓力劇增——此類機組冬季需維持30%低負荷運行半年，失去補貼后盈利空間受到壓縮。而核電（如紅沿河核電）采用“95%長協(xié)持倉+5%現(xiàn)貨”的模式，已無法通過分攤覆蓋調(diào)峰成本，政策過渡性凸顯，未來需明確核電調(diào)峰機制。

郭浩楠表示，核電是“低變動成本電源”，燃料成本僅0.06元/度。在現(xiàn)貨市場中，即便電價降至0.1元/度，仍有0.04元/度收益；若通過降低發(fā)電量調(diào)峰，將直接虧損0.1元/度。更關鍵的是，當前省域現(xiàn)貨市場加權平均電價已低于核電度電成本，若核電高比例參與現(xiàn)貨交易，虧損將進一步擴大。

因此，核電運營的核心思路必須轉(zhuǎn)向“高比例長協(xié)持倉＋現(xiàn)貨比例耦合儲能套利增收”。

（2）產(chǎn)業(yè)層面

石化行業(yè)碳排放占全國的比重約13%，是重點控排領域。2024年5月，國務院印發(fā)《2024-2025年節(jié)能降碳行動方案》，提出“鼓勵大型石化化工園區(qū)探索利用核能供汽供熱”；同時，“十五五”期間，全國范圍內(nèi)將開展碳排放“雙控”工作，碳排放總量及強度逐步成為硬約束，石化行業(yè)即將逐步納入全國碳排放權交易市場。

郭浩楠表示，石化領域是高碳排放行業(yè)，且用氣成本極低（520℃、10MPa蒸汽僅200元/噸），常規(guī)低碳供氣方式難以平衡“低碳、低成本、安全”的“能源不可能三角”。若2035年碳排放雙控與碳關稅全面實施，石化領域需低成本低碳熱源，而核電是理想選擇。

▌技術困境

目前核電主流的調(diào)峰方案有兩種：

（1）核島——回路功率控制

該方案應用反應棒控制策略以改變反應堆功率，進而影響汽機出力。其關鍵問題如下：

①調(diào)峰安全風險嚴重——機組瞬態(tài)停機、熱應力頻繁變化下易導致U型管破裂、堆內(nèi)中子通量振蕩、堆芯溫度不均、燃料棒破損風險高，直接影響設計壽命。

②反復硼化與稀釋增加三廢處理成本，影響換料周期。

③控制難度高、調(diào)峰深度不足、可調(diào)峰周期短，最終不可避免會降低安全裕量。

（2）常規(guī)島——耦合新型儲能

該方案分為“耦合中溫儲熱”與“耦合電化學儲能”兩類，均存在適配性問題：

耦合中溫儲熱：①技術適配差——耦合抽汽熔鹽儲熱，儲熱溫域窄導致熔鹽量巨大且熱能品位低；耦合導熱油儲熱，防火隱患大；②熱效率低下——耦合電加熱熔鹽儲熱，能量效率極低，且電加熱器壽命短。

耦合電化學儲能：①調(diào)頻里程與火電配置儲能相比不占優(yōu)勢；②鋰電火災安全風險高，液流電池成本高昂。

總之，目前三代壓水堆核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨兩大瓶頸問題：一是如何實現(xiàn)機組安全參與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)（調(diào)峰、調(diào)頻）；二是如何提升核能供汽品質(zhì)以滿足石化等高能耗企業(yè)需求。

基于上述痛點，國電投中央研究院提出“核電耦合熱泵儲能”技術（“和諾”）。

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解決方案：核電耦合熱泵儲能技術

“核電耦合熱泵儲能”技術的核心邏輯是以核電主蒸汽（275℃左右）為低溫熱源，通過熱泵提質(zhì)，實現(xiàn)“調(diào)峰＋高參數(shù)供氣”雙重目標。

▌技術優(yōu)勢

（1）本征安全：反應堆滿發(fā)、無需變負荷運行；系統(tǒng)成熟，五重物理隔離回路。

（2）易擴容：功率與容量解耦，擴容邊際成本低。

（3）高效調(diào)峰：能量效率70%-180%，COP=2.0-3.5，大幅降低基本電費，變負荷效率不變。

（4）高品質(zhì)清潔供熱：可穩(wěn)定供應400-560°C/10MPa工業(yè)蒸汽。

（5）響應快：變負荷、啟停機速度快，≥8Pe%/min。

（6）經(jīng)濟性顯著：經(jīng)濟壽命30年以上，設備100%國產(chǎn)化。

▌方案一：“調(diào)峰＋高品質(zhì)石化最高檔供汽”

該方案在不改變反應堆功率控制、保障反應堆基荷滿發(fā)的前提下，實現(xiàn)壓水堆核電機組深度調(diào)峰、調(diào)頻與高品質(zhì)24h穩(wěn)定供汽。

技術指標

（1）20km輸送至廠供熱參數(shù)523℃/10MPa；供汽額定流量105t/h（支持寬負荷調(diào)節(jié)）；儲能時長8h；年總供汽量92.10萬t。

（2）能效：COP 2.06；場景COP 1.48。

（3）調(diào)峰能力：總調(diào)峰幅度199.92MW；總調(diào)峰深度13.04%。

保守技經(jīng)指標（未折算調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務收益）

（1）成本：和諾HN150靜態(tài)投資8億元；現(xiàn)貨低價電0.1元/Wh時，供汽變動成本63元/t；含外送設施（20km-DN500管道+換熱站，成本9億元）。

（2）收益：含外送設施（20km-DN500管道+換熱站，成本9億元）時，保障資本金IRR 8%，售汽價240元/t，較天然氣成本下降100元/t；不含外送管道成本時，保障資本金IRR 8%，售汽價150元/t，較原石化超高壓用汽成本下降45元/t。

▌方案二：“調(diào)峰＋頂峰發(fā)電”

該方案在不改變反應堆功率控制、保障反應堆基荷滿發(fā)的前提下，實現(xiàn)壓水堆核電機組深度調(diào)峰、調(diào)頻與頂峰。目前有“調(diào)峰+超發(fā)/低基荷多發(fā)/報規(guī)報高點”以及“調(diào)峰供汽協(xié)議+獨立儲能電站”兩種模式。

技術指標

用核電廠電場景：總調(diào)峰幅度194.31MW、總調(diào)峰深度12.67%、運行負荷87%-106%。

下網(wǎng)電場景：抽汽熱功率149.22MW、抽汽調(diào)峰幅度53.94MW、抽汽調(diào)峰深度3.5%（核電96.5%-100%）、抽汽發(fā)電效率36.15%。

能效表現(xiàn)：COP為2.04、熱效率為46.21%、電電效率100.08%、能量效率70.38%。

保守技經(jīng)指標（靜態(tài)投資：8億元<1元/Wh>）

模式1：調(diào)峰+超發(fā)/低基荷多發(fā)（源-儲）/報規(guī)報高點

商業(yè)模式：“差價套利”（未折算調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務收益）

核心數(shù)據(jù)：差價套利0.4元/kWh；儲能成本0.08元/kWh、少發(fā)電量384559MWh、少發(fā)電成本0.308億元；頂峰收益0.487/kWh、超發(fā)電量261863MWh、超發(fā)收益1.257億元。

收益：資本金投資回收期10.68年、資本金IRR 13.38%。

模式2：調(diào)峰供汽協(xié)議+獨立儲能電站（獨立儲能）

商業(yè)模式：“差價套利+容量租賃+容量補償”

核心數(shù)據(jù)：差價套利0.4元/kWh；儲能成本0.08元/kWh、儲能電量384559MWh（下網(wǎng)電+核電抽汽）、儲能成本0.308億元；頂峰收益0.48元/kWh、頂峰發(fā)電量261863MWh、頂峰收益1.257億元；容量租賃1680萬元/年（240/kW?年、70%容量租賃）；容量補償2400萬元/年（按100MW/200MWh電化學獨立儲能電站600萬元/年計量或1度電7分錢）。

收益：資本金投資回收期4.47年、資本金IRR 28.34%。

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技術研發(fā)進程

國家電投對核電耦合熱泵儲能技術的研發(fā)布局兼具前瞻性與系統(tǒng)性，目前已完成“基礎研究—專利布局—產(chǎn)業(yè)合作—示范落地”的全鏈條突破：

（1）通過長周期基礎研究體系化布局，發(fā)表核心發(fā)明專利“一種耦合熱泵儲能的核電調(diào)峰系統(tǒng)”“一種耦合熱泵儲能的核電廠供熱調(diào)峰系統(tǒng)”。

（2）2025年2月，國家電投與中廣核簽訂“核電耦合熱泵儲能調(diào)峰技術意向合作協(xié)議”，聯(lián)合推廣該技術；

（3）孵化“儲諾”與“和諾”技術品牌，國內(nèi)首套示范項目建成并進入調(diào)試階段；牽頭成立國家能源用戶側(cè)儲能創(chuàng)新研發(fā)中心，匯聚我國新型儲熱領域優(yōu)勢資源，打造產(chǎn)—學—研—用深度融合的科研創(chuàng)新體系；成立上下游產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，加快推動技術持續(xù)降本與示范應用。

（4）建立全體系設計與仿真平臺，具備參數(shù)優(yōu)化、動態(tài)仿真、工藝設計及設備耦合分析能力，能夠支撐各功率等級熱泵儲能系統(tǒng)的設計研發(fā)。

（5）完成兆瓦級熱泵儲能中試（工程驗證）系統(tǒng)的工藝包開發(fā)，以及關鍵設備的設計和試驗測試——高溫壓縮機排氣溫度可達570℃，低溫膨脹機排氣溫度達到-30℃。

（6）開展全球首套兆瓦級熱泵儲能中試系統(tǒng)建設。經(jīng)過西安熱工院的第三方性能測試，已歷經(jīng)7次完整充放電，該系統(tǒng)各項核心參數(shù)均達到或優(yōu)于設計值，系統(tǒng)穩(wěn)定，技術指標全球領先。12月25日，國家電投集團在北京正式發(fā)布全球首套超高溫熱泵儲能技術“儲諾”。

郭浩楠最后總結(jié)道：“耦合外部熱源的熱泵儲能技術在提升支撐性電源調(diào)峰能力方面優(yōu)勢明顯。應用壓水堆核電耦合熱泵儲能技術，以常規(guī)島主蒸汽為低溫熱源，可在保障核島滿發(fā)的前提下，實現(xiàn)安全調(diào)峰與頂峰，同時解決‘核能＋石化’的高參數(shù)供氣需求，提高核電在現(xiàn)貨市場下的盈利能力?！?/p>

他強調(diào)，未來技術落地需重點關注兩大方向：一是解決超發(fā)頂尖峰問題，配建和諾與所屬核電機組視為一個整體并聯(lián)合調(diào)度，按照現(xiàn)有相關規(guī)則參與電力市場；二是和諾以獨立儲能電站模式運營，作為獨立主體參與電力市場，與核電廠簽訂供熱合同，在核電調(diào)峰時段低價購買蒸汽作為熱泵儲能低溫熱源，實現(xiàn)核電調(diào)峰與電網(wǎng)調(diào)峰“雙利好”。