浅析燃气锅炉未来低碳绿色发展路径————“燃气+”光热熔盐储能供热融合创新应用技术

近期随着俄乌战乱对全球能源供给的重大影响，加上国内能耗能源“双控”目标任务的加速落实。加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系，促进能源高质量发展和经济社会发展全面绿色转型，为科学有序推动如期实现碳达峰、碳中和目标和建设现代化经济体系提供保障。作为“煤改气”发展到今天，我国已经成为全球最大的液化天然气进口第一大国，燃气调峰电站的加速替代燃煤电站的增长，势必给燃气用户带来能源上涨和保供安全风险，供暖季的工业企业错峰减产从试点逐渐变为了常态化。再加上能耗双控和双碳减排的问题管控，是需要所有燃气用户，特别是工业燃气锅炉用户需要尽早预警，尽快转型探索安全稳定能源结构的策略和方案。

从国内能源发展调整趋势来看，“煤改气”会慢慢减少变为“煤改电”增多的发展，电代煤、电代气、电代油的能源替代路径发展，同时伴随着可再生能源的替代燃气也在轰轰烈烈的试行，从单一燃气锅炉的形式逐步向燃气耦合可再生能源、绿色电力等清洁低碳的路径转型发展。基于燃气锅炉产生蒸汽和供热为主的应用现实，我们重点讨论可再生能源中最直接利用的太阳能光热技术来分析。随着光热发电技术在国内的示范到规模应用，越来越多的聚光集热技术型式在可再生能源清洁热能替代行动中崭露头角。

首先，从“燃气+”可再生能源太阳能聚光集热替代部分天然气，以白天为主替代时段，我们从国际上面最成熟的槽式技术入手，创新研究跨界耦合燃气蒸汽供热锅炉的互补利用，作为燃气锅炉耦合的创新高效聚光集热技术，需要在光热发电的基础上面，进行跨界再创新应用。

槽式太阳能聚光集热技术系统（网络图片）

槽式光热集热技术耦合“燃气+”用于工业蒸汽领域，在设计阶段应该摈弃传统光热发电用槽式集热的相对高成本的设计思想，在优化中我们利用更匹配应用温度区间采取降低集热温度（从集热场出口温度393℃向下降低到235℃左右）、从繁到简（采用4片反射镜组成的抛物线降低到2片组成）、从大到小（开口宽度从5770mm降低到3000mm，焦距从1710mm降低到950mm）、从长到短（集热器组合从150m减少到50m）的思路，通过对大量工业蒸汽客户的调研，集热场的出口温度比光热发电领域至少降低了150℃以上，这使得材料、导热介质、全系统的配置成本大幅下降，温度和压力降低也降低了集热系统的安全风险，反射镜采用两片的设计极大的降低了施工安装成本。

总结现有光热发电用槽式集热技术设计模式特点，针对工业蒸汽领域可以利用当前市场中常规的中高温槽式集热技术，通过提高适应性的设计思维，采用开口3000mm的集热器比常规产品提高14%的宽度比例，实现了两片反射镜产品设计，接近合理极限宽度，同时焦距设计也在此基础上提高了10%，相应的采光面积也提高了14%；采用设计长度3000mm的集热管比常规产品提高33%的长度比例，实现了原来三支改为两支集热管产品的设计匹配，降低成本减少施工焊接接口30%左右；为了在金属结构成本降低做了更加适应性优化设计，满足可靠性能和降低成本的双向要求。通过合理降级加上优化升级双重系统设计后，导热介质在最高温度的设计上控制在了315℃以下，导热油的冷凝点从14℃下降到-18℃，以此降低导热、传热系统的防凝成本。未来低熔点熔盐直接导热打下坚实的基础，采用单一介质集热、导热、传热、储热实现系统更高效率做好充足的准备和基础验证。

槽式有机朗肯发电加供热的多能互补参考工艺技术

在槽式集热系统的设计方面，主要从以下几个方面进行了优化：1、集热系统的高度与建筑物匹配设计；2、槽式抛物线短焦距技术，解决阳光二次污染问题；3、土地空间的利用，单轴跟踪技术能够提高光学接收效率（相比非跟踪技术），设计更轻便标准模块化的抛物面型结构方式；4、集热系统采用导热油作为吸热、传热、换热介质，能够降低系统压力，提高系统安全稳定性，同时配置导热油缓冲罐；5、未来直接低熔点熔盐导热储热技术会逐步替代，满足熔盐储能供热一体化融合创新应用的需要。经过蒸汽发生器内的换热器加热水，从而给客户提供稳定的蒸汽，避免云的遮挡给系统带来的不稳定影响；6、设计合理的（熔盐）储能方案，为用户提供更长时间的太阳能蒸汽利用小时数，目前针对储能的技术在可考虑配置低成本固体储热、导热油、低熔点盐、相变材料等多种模式，为不同用户的需要设计最佳的储热方案，以满足用户的蒸汽稳定需要。

其次从“燃气+”熔盐储能供热替代部分天然气，着力提升电能替代用户灵活互动和新能源消纳能力，之所以现阶段考虑采用熔盐储能方式替代部分天然气消耗，主要考虑是能源结构的快速变化，也是作为电能替代耦合利用的互补模式，减少低碳排放的有效途径，充分利用新能源高速增长的未来趋势，以消纳新能源为主体的熔盐储能技术，从现阶段的4小时、6小时逐步慢慢走向替代更多时长，不仅仅是从经济性上面考虑，也是随着能源结构低碳绿色发展的脚步逐步匹配发展。

熔盐储能供热技术主要由熔盐材料、熔盐储罐、熔盐泵、电加热器、换热器、除氧器、控制系统和各种水泵以及管道阀门等组成。熔盐储能系统采用冷热熔盐双罐设计，根据不同的运行模式，通过改变熔融盐的流向，来决定系统是储热还是放热。

熔盐储能供热和发电系统（网络图片）

如何针对“燃气+”熔盐储能供热技术融合利用，采用熔盐储热技术应用更多的工业蒸汽电能替代，作为用户侧可控负荷的使用和推广，一边解决天然气价格持续上涨和低碳减排压力，更助力新能源配置储能的比例要求和消纳新增新能源难题，这个是“燃气+”熔盐新型储能技术为工业低碳发展的现实价值；基于它是作为目前在光热发电领域被证实的最成熟技术路径。

融合统筹能源绿色低碳转型和能源供应安全保障，提高适应“燃气+”可再生能源、电能替代、新型储能创新发展以及应对能源供应保障能力，优化能源多元化储备设施布局，完善煤电油气供应保障协调同综合能源利用机制。加快形成燃煤油气储备、可再生能源替代储备和电能绿色替代与熔盐储能有机结合、互为补充，产能储备和其他储备方式相结合的新型综合能源利用体系。

注：本文由山西常晟新能源科技王工（13810518839）供稿，欢迎行业朋友联系交流。