5月25日下午，北京工业大学传热与能源利用北京市重点实验室主任吴玉庭受邀在长时储能技术及应用专场分享了主题报告，报告题目为《双碳目标下熔盐长时储能应用前景及研发进展》。以下是报告主要内容：

吴玉庭：女士们、先生们，下午好！我讲的题目是“双碳目标下熔盐长时储能应用前景及研发进展”，我来自北京工业大学，大家都知道熔盐是无机盐及其混合物的熔融体，它在常温下是一种白色的粉末，但是当它加热到熔点以上，它就会变成像水一样流动的流体。单一无机盐的液体温度范围非常窄，因此要作为传热流体必须把两种以上的无机盐按照一定比例混合在一起，可以形成共晶混合物，可以显著降低熔点，提高温度，进一步拓宽液体温度的范围。因此我们传热蓄热领域一般采用混合熔盐。

因为我们在传热蓄热领域，随着太阳能热发电、高温储能以及高温工业传热的需求，特别需要几百度的高温传热介质，这种情况下，如果液体作为蓄热的介质，我们可选择的范围比较窄，有水蒸气、导热油、液体金属、空气和熔盐等等。

总之，熔盐在整个传热蓄热的温度范围内都是液体，因此它的传热性能非常好，传热比较稳定，另外在一个大气压下可以有非常宽的液体温度范围，使用温度比较高，价格也低，安全可靠。因此熔盐是一种理想的高温传热介质，同时也是一种理想的高温蓄热介质。我们所有说的熔盐储热是用它的液体段进行储热，这是有别于相变储能，我们是显热储热，用的是液体段，一般是采用双罐储热，一个低温罐，一个高温罐，在低温罐的熔盐抽出来，经过一个加热器，可以把它加热成高温，在高温中储存热能，在我们需要热能的时候再从高温罐抽出熔盐，经过一个熔盐换热器加热流体，从而产生热的流体。换热以后的低温熔盐换到低温罐，这样就完成了储热和释热的过程。

熔盐储热系统主要的优点就是储能密度高，质量储能密度是水的2-3倍，体积储能密度更大，另外它的储能成本低，还有一个是最大的好处就是储热的最高温度与取热流体的出口温度比较接近。比如我们热盐罐温度是565度，我们要是产生水蒸气的话，我们可以产生550℃的水蒸气，这是其他的像固体储热非常难以做到的，对于双管罐储热是非常容易做到的，它储热的最高温度与取热流体的最高问题比较接近。

另外一个优点是换热器和电加热器的进出口温度在整个储放热过程中能一直保持恒定，比如说电加热器进口温度200度，从低温储罐刚开始抽一直到把低温罐的盐抽完，一直能保持200℃的电加热器进口温度。最后换热器也是一样，高温罐抽出的盐是565度，满罐子到抽完，一直能保持565℃。而且我们可以通过改变它的流量，精准的调控它的储热和释热速率。

大家也都知道，因为我们实现碳达峰和碳中和，必须要求在2060年采用以可再生能源为主，可再生能源的比例将达到80%。因此，虽然现在抽水蓄能在整个储能中占比非常高，86%。但是由于资源条件的限制，单靠抽水蓄能是没有办法满足高比例可再生能源对储能系统的巨大需求，缺口是非常大的。因此，迫切要求发展储存性能之外的低成本、大容量的新型储能技术。

因为熔盐最终释放是热量，实际上在整个人类社会的能耗中，热能是占主要地位的。咱们觉得电是非常厉害的，但是电能只占17%，实际上人们大量需要的是热能，51%。因此，热能需求市场常大。而且，熔盐储热不仅可以满足热能的需求，它还可以用于发电。熔盐储热可以在供电侧、电网侧和用户侧都可以发挥作用。

下面介绍一下熔盐传热的应用场景，第一个大家都知道的太阳能光热发电，因为大家都知道光伏和风力发电它最大的问题是间歇性。目前来说大规模的储能还是有难度，但是对于太阳能热发电它跟低成本的、长寿命的熔盐传热相结合，因此它发的电是连续稳定可以调节的，这是太阳能光热发电和其他的光伏风力发电最大的优势。

另外光的发电，如果作为一个储能电站，调节型的电站，调峰电站它跟燃煤发电相比的话，它具有负荷调节范围大、它可以从20%调到100%，具有升温速度快、气轮机的启动速度快等一系列的优点。另外跟光伏发电相比，如果光伏发电要是配上同样跟太阳能热发电同样能力的磷酸铁锂储能，这样比较的话，实际上它的电价目前还比较高的。为什么光伏发电和风力发电现在电价低，主要是它没有配置功储能，所以它的电价低。因此，要走高比例可再生能源之路，只有光伏和风电是没有办法实现的，必须是光热、光伏和风电协同发展，才能实现这个目标。

国务院在2022年颁布的关于碳达峰行动方案的通知之中也明确指出，积极发展太阳能光热发电，推动建立光热发电与光伏发电、风电互补调节的综合可再生能源发电基地。而且，在这个文件颁布出来以后，无论是我们在新疆，还是在内蒙古，还是在东北吉林在建的配的光热项目目前已经超过了400万千瓦。

在太阳能热发电从它诞生的一开始，就是跟熔盐储能的结合，比如说对于槽式光热电站，它就用大容量的熔盐储热耦合导热油传热这样的模式，全世界已有25座这样的槽式太阳能热电站成功投运，最长的已经有18年的运行经验。已经证明了大容量的熔盐传热是非常好的储能技术。

导热油做槽式光热电站的传热介质，导热油最高温度只有400度，现在的发展趋势是熔盐既做传热介质，又做蓄热介质。这样的话，可以把汽轮机入口蒸汽参数由370多度提高到535度，这样就大幅度的提高了光热发电的效率。这个在意大利有一个五兆瓦的示范电站，咱们国家做了800米长的槽式熔盐传热回路，现在正在建设一个50兆瓦的熔盐传热槽式光热电站。

对于塔式光热电站，实际上现在包括美国、西班牙、摩洛哥，在我们国家新疆哈密等等都是采用熔盐作为传热和蓄热的介质，在吸热器里面就把熔盐作为吸热的工质，同时用大容量熔盐储热，这种技术目前来说它已经建成了八座，装机容量达到了580兆瓦。

对于线性菲涅尔，现在既用熔盐做传热工质，又做蓄热工质。这个我们国家已经走在了全世界的前列，在兰州建设了线性菲涅尔50兆瓦的光热电站，这个运行的也非常的成功。

熔盐储热另外一个用途是现在大量的风电和光电急需一种储能技术，它可以跟熔盐储热结合起来，熔盐储热系统可带一个汽轮机，这样的话就可以在它弃风弃光的时候把电能转换为热能储存起来，在高峰用的时候再放出来，驱动汽轮机发电，同时它还可以实现热电冷三联供，它既可以供电，又可以供热，又可以供冷。这种技术跟风光结合起来，尤其是风光综合能源系统，用熔盐做储能是一种非常好的技术，而且它具有成本低、寿命长的好处。

现在有好几个大的熔盐储能电站启动建设，分别在湖南和山东省的寿光市，另外咱们绍兴建的熔盐储热示范工程，就是用风电和光电来加热熔盐储热，来实现热电联供。这个在去年开始运行，一年可以发电6370万千瓦时，年产蒸汽84万吨。

电加热熔盐储热发电，要想跟抽水蓄能电站的效率相当的话，必须要既供热又发电。但是如果要是没有用热需求的地方怎么办？我们可以用气体压缩热泵加热熔盐储热发电，我们不是用电直接加热来储存，是用电带动一个热泵来产生高温热量，这样的话，热泵循环COP可达到1.5~2。释热阶段发电，就用咱们传统的布雷顿循环来发电。这样的话，就可以做到40%的释热发电效率，这样两个效率乘积就是气体压缩热泵加热熔盐储热发电系统的电-电往返效率，该系统电-电的往返效率就可以做到60%—80%。这样就完全跟抽水蓄能，压缩空气蓄能的效率相当，而且没有用热需求的场合是非常适合的，这也是一项前沿技术。现在包括国外和我们国家都在研发这项技术，将来有望成为大规模储能电站的技术。

熔盐储热第三个用途就是火电厂灵活性改造，现在为了消纳可再生能源发电，火电厂要进行深度的调峰，甚至要求零功率发电，零功率上网。但电站锅炉没办法实现零功率或者是低功率。比如说40%是最好做到的，现在的先进技术可降到30%。但是要实现更深的15%的发电，它就得加上储热来实现。加上储热，如果供热的话完全可以用水储热做，但是如果没有热用户，它要给工业用，必须要用熔盐传热结合起来。现在火电厂灵活性改造，大家可以注意到，有很多要配熔盐储热的工程。现在建成的就是江苏靖江发电公司用的电加热，电场发的电不让它上，用电加热熔盐储热，给工业供蒸汽。这个已经是2022年12月正式的投入运行。在内蒙古魏家峁火电站，采用电厂抽的再热蒸汽加热熔盐进行储能。在发电的高峰期，熔盐释热加热给水，这样的话，它在用电的高峰期就可以节省煤耗，这样的系统也在今年的5月15日成功的投入运行，使用了北工大研发、河北井矿新能源生产的260吨低熔点熔盐。

熔盐储热第四个用途就是清洁能源供热，因为现在不让烧煤了，所以必须得用电加热来供热。电加热因为晚上的谷电比较便宜，这样可以用晚上低价的供谷电或者是不能上网的风/光电加热来储热，白天利用储热系统放出的热就可以为工业供热或建筑供暖了。实际上熔盐储热而言，它在工业供热更具优势。因为建筑供暖只有一个采暖季，就是三个月到五个月的采暖季的运行，夏天就不运行了。但是对于工业供热是一年四季都需要，而且对于建筑供热它需要用的热，可以用水蓄热，也可以用固体蓄热。但是工业供热的话，熔盐储热都是有得天独厚的优势，有的储热没办法做到，但是熔盐储热可以做到。用这种办法给工业供蒸汽是一种非常好的方式。我们也在河北做了两个示范工程，一个是7万平方米的建筑供热，使用了我们自主研发的450吨低熔点二元熔盐。一个是2万平方米的建筑供热，用的是200吨熔盐。这两个工程都成功的运行了数年，一个运行了三年，一个运行了四年。另外北京热力公司建了一个熔盐储热示范工程，西子航空公司用屋顶光伏电加热，给熔盐传热供蒸汽。

另外，在太阳能的供热里头如果用槽式聚光或者是线性菲涅尔聚光的话，它可以用来做供热或者是热电冷联供，这个也是在西部地区太阳能资源丰富的地区是有非常好的用途。我们在河北的临城也建成了8000瓦的槽式聚光加热熔盐，再用熔盐来传热蓄热，驱动一个单螺杆膨胀机有机朗肯循环发电的示范系统。

另外现在压缩空气储能，可以用熔盐来回收储存它的压缩热，这样可以提高压缩空气储能的效率，电-电效率可提高3—6个百分点。这个我们跟中能建数科集团在合作，开发压缩空气储能用的低温熔盐。

另外一个就是余热利用，因为现在工业领域有很多的间歇性余热，这些余热的温度比较高，但是它是间歇性的。如果配上熔盐储热，把间歇性余热变成连续性热量再来使用，无论发电还是什么，这个都是非常有前景的。

在工业传热领域，现在用熔盐传热超快冷却轧制超级钢，用熔盐冷却比水冷却可以提高钢的强度。同时，它回收的余热比水的温度要高的多，还可以进行余热发电，所以它是有非常大的用途。熔盐传热在其他的行业，都可以作为一种高温的传热工质来使用。熔盐高温传热在核电领域也得到了应用。总之，熔盐传热它未来的发展前景挺好的，光热发电熔盐储能装机容量已经达到了21 GWh，未来预测到2030年将达到630 GWh，因此还是非常大的，每年有百亿美元以上的市场。

我们北工大实际上从2003年开始做熔盐储热，也有一个非常大的团队在做熔盐储热。所以这里面我们也是三代人结合，老中青结合来做了几十年的熔盐储热。我们主要从三个方面做，一个是现有熔盐存在液体温域窄、熔点高和分解温度低的缺陷，我们就进行革新，致力于先进低熔点高分解温度宽液体温域熔盐研发。另外一个熔盐对流传热机理、熔盐换热器、熔盐电加热器等等关键设备研发。另外一个就是原来熔盐传热主要用在太阳能热发电领域，我们把它推广到了清洁能源供暖，火电灵活性改造，熔盐储能电站等新型应用领域。

我们在熔盐方面先后获得了国家重点研发计划项目及课题，国家863计划，973计划、国际合作项目等一系列项目的支持，总共得到了有六千多万元的支持。同时也发表了国际期刊论文有79篇，有一系列授权的发明专利。同时我们也参与了关于蓄热型电加热性置、工业余热梯级综合利用导则，太阳能中低温蓄热装置，太阳能光热发电传热蓄热熔盐技术要求等国家标准编写，也参与了一系列行业和团体标准的制定。我们也建设了完整的测试平台，可以进行熔盐各种的物理性能和腐蚀性能，以及它的稳定性能的测试。在低熔点熔盐研发方面，目前在光热发电中用的熔盐都是太阳盐，我们广大用的太阳热，它的熔点（凝固点）是220度，我们开发了一系列的熔盐，我们的熔点都降到了100度附近，有80多度，90多度，还有110多度。我们的使用温度达到了600温度以上，同时我们也开发了熔点是132度，分解温度是734度的宽液体温域熔盐，特别适合二氧化碳的发电，还有一些高温工业传热等领域的使用。我们低熔点熔盐方面发表的国际SCI期刊论文在全球排名第一。我们在熔盐当中添加纳米粒子，可以提高它的比热20%，同时可以提高对流传热系数40%。我们也是在国际上第二个建立的熔盐对流传热实验台的单位，我们把我们的研究结果跟美国的数据结合在一起，提出了熔盐对流传热通用的关联式，美国爱达荷试验室的两篇报告都大篇幅引用我们的论文，把我们推荐的六个熔盐对流传热公式作为唯一的计算公式推荐。还有各种自然对流的传热，另外一个我们为了满足钢铁，因为钢铁它要超快冷却，我们在世界上首次做了熔盐的射流冲击传热，进行了数字值模拟和实验。另外我们做熔盐的腐蚀性，我们大量做了熔盐的动态腐蚀。熔盐在流动的状态下，我们建立了熔盐的动态腐蚀实验，这在世界上我们也是少数几个动态腐蚀研究单位之一。

另外对熔盐的设备，比如说熔盐的储罐方面，我们做了大量的数值模拟，找到它的薄弱环节，提出应对措施。另外熔盐的电加热，这是我们开发的6兆瓦的盐电加热器，还有电磁加热的熔盐电加热器我们也研制出了样机。另外我们进行了各种熔盐换热器研发，包括熔盐-压缩空气、熔盐-水/蒸汽、熔盐-有机工质、印刷电路板换热器、缠绕管换热器等等。同时我们也在楼顶建了一个槽式聚光熔盐传热蓄热试验台，进行了长期的实验。另外我们为了针对小型蓄热的需求，我们开发了单罐熔盐储热系统，因为对于小型系统分布式储热系统，双罐熔盐储热系统存在占地面积大和熔盐泵选型难得缺陷，为此我们开发了小型单罐熔盐储热系统，已经在呼和浩特体育场馆的供热中获得了应用。

这是我们建的双罐熔盐储热绿色供热示范工程，刚才已经说过了。另外我们的低熔点熔盐也在熔盐传热蓄热中得到了大量的应用，这是在南通的钢铁生产线上用的我们研发的低熔点高分解温度熔盐，可以在600度以上冷却钢铁。我们也成立了河北井矿新能源科技公司，进行熔盐材料和设备批量供应、系统的工程技术服务。同时我们跟浙江高晟光热发电研究院成立了联合研究实验室，开发高温的混合熔盐，跟中能建数科集团成立了联合研发中心来开发压缩空气用的低温熔盐，能适用到150度的低温熔盐。我们的熔盐也在工业领域，熔盐传热等等得到了广泛的应用。

感谢大家，这是我的报告，谢谢大家。