我国电源侧储能中储热技术的发展现状及前景
发布者:admin | 来源:中国清洁供热平台 | 0评论 | 3869查看 | 2021-08-09 20:06:04    

随着全球能源互联网建设的推进,光伏、风电等可再生能源发电将会迎来高速发展。而“十四五”期间将是我国实现碳达峰的关键期,可再生能源比例将持续提升,最终取代火力发电成为主力能源。在火电占比逐渐下降、承担深度调峰压力巨大的新形势下,储能技术无疑是有效缓解大规模可再生能源并网压力的一种有效技术手段。


储能技术涉及领域非常广泛,按储能方式可分为抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、重力储能、电池储能、蓄热储能等,按应用场景则可分为电网侧储能、电源侧储能、用户侧储能。电源侧储能主要包括集中式新能源利用、调频辅助服务应用、调峰辅助服务应用3种应用模式,在各种储能方式中,除传统的抽水蓄能以外均可用于电源侧储能。储热技术具有更强的调节能力和持续供给能力,在电源侧储能中应用十分广泛。


纯太阳能光热发电


在纯太阳能热发电领域,储热是核心技术之一。目前,国际上已经建成运行和正在建设的纯太阳能热电站大多配置了储热系统。用于光热发电的储热系统以熔融盐储热为主,储热温度可达500℃以上。储热系统的引入进一步提高了纯太阳能热发电系统中太阳能贡献度,优化了系统性能,以50MW太阳能光热塔式发电项目为例,有研究者分析了是否配备储热系统时电站性能情况。可见,配备储热系统时的电站性能明显优于无储热系统。


图:50MW光热发电机组搭配储热前后性能对比


太阳能光热-化石燃料互补发电


纯太阳能热发电可以实现完全清洁发电,但对设备要求较高且装机容量受限,因此有研究者设计了太阳能与化石燃料互补的发电技术。太阳能与化石燃料热互补发电做到了太阳能光热和化石燃料的取长补短,一方面化石燃料发电系统的稳定性可以在一定程度上平抑太阳能辐照频繁波动对太阳能侧发电量的影响;另一方面由于耦合了太阳能,可以有效减少传统化石能源发电系统的消耗并改善环境问题,也有效解决了太阳能利用不稳定和发电成本高等问题。因此,太阳能与化石燃料互补发电系统是目前解决太阳能高效利用的重点发展方向。


图:配置储热的太阳能-燃煤热互补发电机组


太阳能热互补发电系统同样需要搭配储热。一方面,储热系统与太阳能-化石能源热互补系统相结合,可以提高太阳能利用率,进一步节省化石燃料消耗量,提高整个机组经济性,另一方面,热互补系统总运行时长将大幅提高,且可使太阳能侧的输出保持稳定,有利于系统的安全性和高效性。有科研人员对搭配储热系统的太阳能-燃煤热互补发电机组进行了建模计算,根据测算结果,一套660MW光热互补发电机组在搭配双罐熔融盐储热系统后,最高可节约煤15.55%,提高系统热电效率3.3%。


搭配储热装置的热电联产


热电联产是最早将电源侧储热投入实际生产的领域。由于存在峰谷差,热电联产机组受供热限制而不能充分投入运行,导致热电调度无法高效运行,故机组调峰能力被“以热定电”限制,将热电联产技术与储热技术相结合,可以有效降低用能峰谷差,减少一次能源消耗。此外,储热系统可以实现热电联产机组的热电解耦,提高了冬季取暖期的调峰能力。目前,国内外的热电联产机组已普遍使用以水蓄热技术为主的储热装置。


图:配置储热的热电联产机组


根据对我国目前在运的北方热电联产机组的数据分析,配置储热系统的机组调峰能力均有大幅度提高。北方地区的一台300MW热电联产机组,在配备储热装置后调峰容量从15.5%提升至37%,最大电出力提升了64.6MW。


电源侧储热需扩大产业规模技术提升是关键


储热技术是具有广阔发展前景的节能技术。电力体制改革和“双碳”目标的提出给能源行业带来了新的机遇和挑战,随着新能源装机占比的上升,电源侧调峰能力受到了更高的要求。储热技术在电源侧的应用能做到兼顾调峰和能源清洁化,是未来我国电力系统不可或缺的组成部分。除了上文提到的光热发电和热电联产领域之外,电源侧储热技术还可应用于多能互补系统等其他新型能源系统,打造全面、稳定、清洁的综合能源服务。


另一方面,以光热发电为主的电源侧储热技术装机容量提升缓慢,主要原因是受到现有技术的限制。从储热介质而言,需要寻找兼顾储热温度、储热密度和传热能力的优质储热材料,从储热方式而言,显热/潜热混合储热能降低系统成本、提升热效率,从储热系统设计而言,优化系统设计能大幅度降低成本并提高系统安全性。因此,储热技术的提升是行业发展关键,只有研发了更多新技术,才能让储热在电源侧的应用更加成熟。

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