压缩空气储能技术以储能规模大、寿命长且成本相对较低等优势,近年来在新型储能领域异军突起,常被舆论冠之“空气充电宝”,“可媲美抽水蓄能”。
熔盐储热技术凭借高储能密度、优异的传储热性能及显著的成本优势,在光热发电、火电灵活性改造等市场展现出巨大的应用潜力,堪称“热能银行”。
当“空气充电宝”与“热能银行”组CP,一场“1+1>2”的革命开始上演。
越来越多的项目案例
传统压缩空气储能技术存在两大痛点:一是压缩过程中产生的热量被白白浪费(损失率超40%);二是释能时需天然气补热,既增加碳排放又拉低了系统效率。熔盐储热的加入,一举破解了这些难题。
熔盐储热技术可显著提高系统运行温度,扩大储热温差,提高压缩空气储能的系统效率。近年来,熔盐储热在压缩空气储能项目中的应用越来越多,以下为部分在建中的代表性项目:
目前,还没有已建成的压缩空气储能商业化电站采用熔盐储热技术,传统的储热介质以水或导热油为主,但熔盐正在成为新一代压缩空气储能电站的主流选择。
由上表可见,“熔盐+水”两种储热介质混用是目前在建项目的主要选择,如上表所列的江苏淮安项目采用“熔融盐+带压热媒水储热”技术方案,储热介质为三元盐(熔点低于180℃),构建起180-360℃的宽温储热系统,设计转换效率达71%以上。
而单纯采用熔盐的项目目前还非常少见,上表所列的泰安项目是目前已知的唯一一个完全采用低熔点熔盐的压缩空气储能电站,项目投资方中国能建数科集团称该项目采用了全球首创低熔点熔融盐高温绝热压缩技术。
事实上,压缩空气储能在多级压缩过程中产生的阶梯热量参数不同,需对应不同温区的储热模块,若梯级设计不合理,会导致热能“高质低用”,降低效率。因此,采用“熔盐+水”的混合储热介质,构建多层次的宽温储热系统,相对更具现实可操作性。
黄金CP的困扰
尽管熔盐储热与压缩空气储能的耦合看起来很美好,但这对“黄金CP”也有现实的困扰。
首先,熔盐在高温下具有强腐蚀性,让设备面临“慢性自杀”的风险。其次,适用于回收压缩空气压缩热的三元熔盐的凝点仍高达约142℃,低温环境下易导致熔盐凝固,引发管道堵塞、系统瘫痪。另外,熔盐储热与压缩空气储能的耦合,在系统集成中面临热力循环参数匹配、换热效率、热力学优化等多重技术挑战。
当然,上述问题并非无法解决,采用创新的熔盐储热材料、抗腐蚀合金、换热器设计、优化热力学设计等方案,均是解决上述问题的可行路径。
另外,为了进一步提高压缩空气储能的空气膨胀机入口温度,除了回收压缩热进行回热之外,也有业内人士提出,可以采用高温熔盐进一步加热,这部分高温熔盐的热量来源可以与光伏发电搭配,即利用光伏发电的低价电加热熔盐,再利用这部分熔盐进一步加热膨胀空气,以进一步提高系统效率。
熔盐储热与压缩空气储能的结合,显然是一项重要的技术革新,其将有望把压缩空气储能的电电转化效率推至75%以上,这将高于传统的抽水蓄能的系统效率,在真正意义上媲美抽水蓄能。如何能够达此目标?ESPLAZA长时储能网将举办的2025压气储能储换热系统创新论坛,将对这一问题进行深入研讨,欢迎业内同仁与会交流。
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