研究 | 生物质电厂耦合熔盐储能供热和发电技术
发布者:xylona | 来源:王工 | 0评论 | 1677查看 | 2023-02-03 14:10:06    

----生物质电厂助力新型电力系统建设高质量发展路径


伴随着间歇性风电、光伏等可再生能源大规模高比例的装机,为完整、准确、全面贯彻党的二十大精神,加速构建新发展格局,全面助力推进能源革命、构建新型能源体系、推动能源绿色发展。其中构建新型电力系统的储能调峰支撑电源是目前最紧迫的工作,如何充分利用好国内已建和在建的生物质电厂热电机组,通过耦合熔盐储能供热和发电技术优势,实现生物质电厂的多功能综合智慧利用,达到调峰调频稳定供热供暖的目标,实现生物质电厂高质量延寿发展并发挥更大功能助力构建新型电力系统的建设。


生物质能作为重要的可再生能源,同样是国际公认的零碳可再生能源,具有绿色、低碳、清洁等特点。生物质资源来源广泛,包括农业废弃物、木材和森林废弃物、城市有机垃圾、藻类生物质以及能源作物等。生物质能通过发电、供热、供气等方式,广泛应用于工业、农业、交通、生活等多个领域,是其他可再生能源无法替代的。若结合BECCS(生物能源与碳捕获和储存)技术,生物质能将创造负碳排放。在未来,生物质能将在各个领域为我国2030年碳达峰、2060年发布版碳中和做出巨大减排贡献。


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图1:生物质耦合熔盐储能调峰电站示意图(网络图片)


目前国家对生物质直燃发电行业在上网电价和上网电量等多方面都给予了较大的支持和鼓励力度。虽然近年来我国新能源的发展很快,但与传统能源相比,总体规模还是很小,在我国能源结构中所占比例还很低。截至2020底,我国已投产生物质发电并网装机容量2952万千瓦,年提供的清洁电力超过1100亿千瓦时。根据现有温室气体减排方法学进行测算,已有项目自愿减排量超过8600万吨。尽管生物质发电成本远高于风电、光伏等其他可再生能源发电成本,但是生物质发电输出稳定,能够参与电力调峰,如果与储热结合,更能参与电力市场的深度调峰,未来在电力交易市场获取辅助服务、备用容量、电力现货交易等受益的同时,能够灵活参与热力市场,提供清洁热力。预测到2030年我国生物质发电总装机容量达到5200万千瓦,提供的清洁电力超过3300亿千瓦时,碳减排量超过2.3亿吨。到2060年,我国生物质发电总装机容量达到10000万千瓦,提供的清洁电力超过6600亿千瓦时,碳减排量超过4.6亿吨。


生物质清洁供热主要用于工业园区、工业企业、商业设施、公共服务设施、农村居民采暖等供热领域,主要供热方式有生物质热电联产、生物质锅炉集中供热、户用锅炉炉具等。根据统计,目前我国生物质清洁供暖面积超过3亿㎡。从生物质成型燃料统计口径看,其每年产量超过1100万吨。从现有以燃用各类生物质锅炉,额定蒸发量小于65t/h口径统计,锅炉数量超过1.6万台,总额定蒸发量达到8.3万吨。


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图2:生物质电站的工艺参考图(网络图片)


综合各类数据,预计目前全国生物质供热量超过3亿GJ,自愿减排量超过3000万吨。根据目前清洁供暖工作的持续推进,预计未来生物质清洁取暖面积将超过10亿㎡。在工业生产领域,根据对全国燃煤锅炉的统计,目前额定蒸发量≤130t/h的燃煤锅炉数量超过1.7万台,总额定蒸发量达到52万t/h,假设到2030年生物质清洁供热能够替代燃煤锅炉的50%,生物质锅炉总蒸发量将超过34万吨。综合各类数据进行推算,预计2030年生物质年供热量将超过24亿吉焦,碳减排量超过2.4亿吨。


熔盐储能供热系统是暂时把多余热量通过某种方法储存起来,待需要热量时提取使用的一种供热系统,储能供热可以分为显热储能供热、潜热储能供热、化学反应热储能供热三类。熔盐储能供热作为显热储能供热的一种,以熔融态液体无机盐作为储热介质进行储放热,其具有导电性能高(导电率较电解质溶液高1个数量级)、使用温度范围广(通常的熔融盐使用温度在300-600℃之间,新研发的低熔点混合熔融盐使用温度可扩大至60-1000℃)、饱和蒸气压低(保证了高温下熔融盐设备的安全性)、热容量大、低粘度、化学稳定性好及原料价格低廉等优势。


熔盐储能供热系统主要由熔盐材料、熔盐储罐、熔盐泵、电加热器、换热器、除氧器、控制系统、水泵以及管道阀门等组成。如图3所示,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,通过改变熔融盐流向来调整系统储放热,是目前比较成熟的熔盐储能供热系统之一。


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图3:熔盐储能双罐设计系统(网络图片)


新时代新型电力系统的构建,需要更大规模的灵活性调峰调频稳定供热电源,生物质发电和风力发电、太阳能发电等可再生能源电力一样,都是(近)零碳排放的电力生产方式,而且前者本身具有风力发电和太阳能发电所没有的优势,即在自然界,年度循环产生的农林固体剩余物资源量比较稳定,燃料可以运输储存以便常年比较均衡地使用。利用大型高效熔盐储能耦合生物质燃料发电,是实现生物质发电的一种多功能应用先进技术,不仅可以大幅度提高生物质的发电效率,节约生物质资源,而且可以明显消纳风电、光伏的弃风弃光量,提高熔盐储能及生物质耦合发电的更大灵活性,从而加强生物质发电的可持续性,是生物质发电走向低碳化、延长寿命、增加利用小时数、发挥灵活性一条现实可行的路径。生物质耦合熔盐储能发电和供热,是高效率低排放具有更高灵活性的火力发电,其本质是可再生能源发电的一种先进形式,和不可控的风力发电和太阳能发电不同,对于电网安全和可靠的电力供应,支持和消纳风光电力起着调节和保障作用。而且,需要强调的是,现在的生物质发电在逐渐去补贴化后,需要积极融入新型储能调峰电站中来,为构建新型电力系统发挥更大的功能。


生物质电厂耦合熔盐储能供热和发电技术优势明显,增加盈利性是直接可见的效益,延长寿命增加发电利用率,更大灵活储能调峰能力,解决原料受限没法安全稳定运行难题,拥抱新能源发挥更大灵活性的优势,资源化综合利用率更高,助力构建新型电力体系,促进新型能源体系的高质量发展。


目前,国网生物发电集团隶属于国家电网综合能源集团,拥有装机113.5万千瓦,加上电网的资源优势应该是最具备全部生物质电站改造为生物质熔盐储能调峰电站的条件。可能比较遗憾的是近期全部生物质发电项目管理权移交给了国家电投集团,或许会加速生物质电站耦合熔盐储能转型为储能调峰电站的步伐,更需要电网调峰整体的协作支撑,更能够给单纯生物质电站亏损的现实带来新的生命力,以及新时代生物质熔盐储能电站的高质量发展之路。


注:本文由王工(13810518839)供稿,欢迎行业朋友联系交流。

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