《新型熔盐储能技术研究与进展》

周科西安热工研究院锅炉环保部电热所所长

感谢主持人，尊敬的各位同仁，大家下午好，非常荣幸能跟大家分享一下我们西安热工院在熔盐领域所做的一些工作，我汇报的题目是新型熔盐储能技术研究与进展。

主要分为五个部分，第一部分为做储能技术概况。第二，介绍一下我们两种熔盐储能技术，包括双罐式和新型模块式，介绍一下热工院投运的国内前五项熔盐储热的示范项目以及在建的耦合新能源的项目。最后做一个总结与展望。

首先，储能技术的概况。

储能技术在构建清洁低碳安全高效的现代能源体系中发挥着至关重要的作用，其作用主要体现在为电网削峰填谷、平滑输出、提高可再生能源利用率，也可以作为调峰调频或者备用电源，增强电网灵活性、安全性，可实现多能互补，减少对化石能源的依赖，优化能源结构，还可以用于电压和频率调节、无功补偿，改善电能质量。对于企业来讲通过峰谷差价降低企业的用电成本，提升企业的经济效益。

这里我们列举了典型储能技术，如机械储能、电磁储能、化学储能、热储能在功率规模、全功率响应时间、循环寿命、循环效率、应用场景的比较，可以看出熔盐储能与常规的电化学储能相比，优势在于它的寿命和功率规模，劣势在于它的循环效率。因此，要想提升它的循环效率，我们尽量储存的热量转换为热，而不是转换为电出去，这也是它更适用于工业供气场景的原因，工业供气特点也是其他的储能所不具备的特点。因此综合来讲熔盐储能的主要优点是大容量、低成本和寿命长。

低成本应该是相对于抽蓄、压储和飞轮来讲的，对于锂电来讲，这两年虽然造价不断降低，如果从全寿命周期来看，熔盐相对于锂电还是有优势的。熔盐储能的缺点是电量转化率低，变电是增气储热，变电储热高达70%，但如果电加热只能到40%左右，熔盐储能的作用是做大规模的储能、调峰调频、热电解耦，技术上应该非常成熟的，目前除供热以外，我国现在建成和已经在建的熔盐储能项目国内已经超过十几个了。

近年来，随着风电光伏的发展，我国新型储能的装机迎来快速增长，截止2024年12月，我国新型储能装机累计规模为73.76GW，2024年同比增长130%。随着规模化储热火电灵活性，包括新能源等需求的旺盛，熔盐储热将迎来快速的发展。

随着熔盐储热技术的快速发展，我们迎来了一些新的场景以及系统设备的创新。新的场景熔盐储热由原来的光热技术，现在转化到火电灵活性，与我们机组的热电系统或者电负荷进行耦合，进而扩展到了新能源直接消纳供热，以及未来的熔盐储能电站等场景。新的系统包括设备层面、系统层面和控制层面等，比如设备层有现在新型熔盐的研发、高电压电加热器，传统的690，现在到了6千伏、10千伏以及新型的一些熔盐换热器。系统层面我后面会给大家介绍研发的模块化的熔盐储热系统，还有控制层面的，例如我们现在利用可变负载的熔盐电加热器调频提升负荷的响应速率，后面我也将挑选熔盐储热提升火电灵活性以及模块化储热给大家做一个适当的展开。

火电机组耦合熔盐储热技术路线有很多，包括供热机组的热电解耦，调峰时机组多余的电负荷蒸汽或者烟气里的热量储存到熔盐中，不需要调峰的时候给释放出来用于机组供热。纯凝机组因为它没有供热需求，所以它储存的热量只能回到机组，耦合热力系统去发电。还有退役机组的改造，将蒸汽锅炉直接替换为熔盐电锅炉，利用峰谷电价差进行储热，无论采取哪种耦合方式，都是电和热相互转化的过程，熔盐在其中充当了“充电宝”缓冲的作用，不同的技术路线也决定了不同的投资和不同能量转化效率。

首先我们来看一下目前最为常见的熔盐电、蓄场景，是将发电机产生的电引入到我们的熔盐电加热器中进行加热储能。电源的接入方式，比如直接从高厂连接的，也有从发电机出口母线提接，或者厂内母线接。释放的时候目前大多用于工业供气，它的优点在于热电解耦的能力强，储热过程调节比较简单，基本不会影响技术的热平衡，因为它跟机组没有供热方面的流动。另外，在电储热的过程中还可以利用可控硅快速的控制电加热器用于技术的调频。缺点是它通过高频位转换为低频位，效率比较低。典型的案例有我们现在江苏靖江电厂、山东德州电厂、山东华源济宁电厂，广东海门电厂等，这些都是有供热需求的采用电蓄储能模式。

除了电蓄热之外，还有蒸汽储热，也是另外一个典型模式，蒸汽储热又分为显热储热和潜热i储热，显热储热进来的蒸汽，出来的也是蒸汽，利用蒸汽一部分显热，它与机组的热力系统的关联性比较高，因此系统相对比较复杂，而且也存在着冷源损失，所以它的储热效率并不是特别高。典型的案例现在的国家能源的龙山电厂、安徽宿州电厂都是采用显热储热方式。

还有一种潜热储热，蒸汽进去以后储完热以后凝结成水以后，充分利用蒸汽的潜热，它的效率是非常高的，同样与热力系统的关联性比较高，储存大部分潜热将熔盐加热的温度取决于我们蒸汽温度的压力所对应的保护温度，比如蒸汽储热在热蒸汽压力相对比较低，所以它对应的饱和温度是200多度，我们储存到熔盐里面盐的盐温也就200多度，我们用三元盐140或者160，到200多度，盐的利用效率受影响。另外一个方面，如何把我们这部分频率相对比较低的热量释放出去也是一个问题，所以我们认为选几种蒸汽效率比较高，但是它的适用场景比较有限，更多适用于有采暖需求的机组，因为采暖需求热要求的频位相对低一点，典型的应用案例之前我们做的内蒙古魏家峁电厂。

第二部分，介绍一下我们典型熔盐储能系统及模块化新技术。

常见的熔盐储热技术包括适用于分布式小规模场景单罐式的熔盐储热系统以及我们在光热站应用数十年，适用大规模储能的双罐熔盐储热系统，和近些年来比较受关注的集成化程度比较高的适用于中小规模的模块化储热系统。

典型双罐式熔盐储热系统源于太阳能热发电系统，该技术通过使用两个储罐，分别是高温罐、低温罐来储存加热后或冷却后的熔盐，系统蓄热运行时，把熔盐加热至高温并存储在高温罐中，当需要释放能量时，高温熔盐从高温罐流出，经过我们换热器把热量释放出来用于发电或供热，随后冷却后的盐又回到冷源罐，系统的稳定性是非常好的。

典型的双罐熔盐储热系统包括长杆熔盐泵、熔盐汽水换热器和熔盐储罐增。长杆熔盐泵由于工作环境的原因，它的故障率比较高，比较容易振动，早年间主要采取进口产品，近些年也逐渐被国产化替代。熔盐汽水换热器对产地的要求比较高，它的电泵热耗能比较高，早期的项目都设置了气包，近年来很多项目把气包优化掉了。储罐的核心就是基础，以及焊接工艺，目前这个工艺也是比较成熟的。

接着跟大家分享一下我们院的模块化熔盐储热专利技术，它是将处方热换热器集成到箱体式模块内部，通过串并联的结合实现规模化的蓄热，占地面积小，投资小的特点，目前已授权国内外专利四十余项，也被何雅玲院士为首的专家组鉴定为国家领先水平。

我们模块化储热装置的外形结构，储热模块是我们储热装置构成的一个基本因子，多个储热模块叠加起来形成一个储热单元，单元内部管路是串联的，单元和单元之间是并联运行的，通过串并联的结合实现规模化和大容量，也可以根据我们所产蒸汽的参数选择我们不同的材质。

这是模块化装置的一个基本原理，以电加热为例，冷源从模块底部通过熔盐泵进入熔盐电加热器，加热以后从我们的顶部到储热单元，在熔盐泵不断循环下逐步加热，让整个单元的温度加热到预期温度，这是整个储热的过程。放热的过程我们的水从底部进入模块，在模块内部完成余热蒸发过热产生的蒸汽，用于供热供汽，类似于直流锅炉的原理。蒸汽储热跟电储热放热过程都是一样的，不同的是储热蒸汽通入模块的顶部，逐级换热从底部出来。

我介绍一下模块化的一些主要特点，一是核心设备高可靠性，我们之前介绍了传统的双罐利用长杆熔盐泵，我们只用1.5米短杆泵，直接替代长杆泵，核心设备的可靠性得到大幅的提升。第二，蓄热/放热一体化，没有大量的电伴热、疏盐、汽水换热、熔盐阀门等外围措施，风险点就小了，因为半伴热减小了，它的得到提升。第三，它的多单元并联，因为我刚才介绍了我们是串并联结合，多个单元之间并联运行，避免局部故障导致整体停运的现象，如果一个单元出了问题，我们直接给隔离，其他单元也不受影响。因为单元制，所以电加热和蒸汽蓄热可以独立布置，相互不受影响，这也是它的灵活性。还有采取两种介质，减少了熔炼用量，大家知道熔盐，尤其是硝酸钾超过1000吨就属于超大危险源，所以我们在这个里面添加了一部分的固体氧化物、颗粒物等，这样把熔盐的量减少，一方面规避了重大危险源的管理，另外一方面从本质上讲减少了熔盐的使用量，节约了成本，降低造价成本。再一个熔盐可以凝固，因为我们换热器是内置的，所以一旦发生凝固，我们反向把盐化开，它有这个优势，双罐一旦凝固是不可逆的，比较麻烦。

还有它的扩展性比较强，因为它是模块化的，第八项是投资，这是大家都非常关心的，我们中小规模下的投资可以节约10%左右，但仅限于中小规模，我们觉得大规模比如400兆瓦以上，所以应用场景主要集中于中小规模的。其他的一些比如标准化生产、模块化安装、集约化成套还是有其他的综合优势的。

第三部分，西安热工院正在执行已经建成的全国前5套的熔盐储热项目。

首先，江苏国信靖江，这是全球首个与煤电耦合的熔盐储热项目，由热工院节能中心承建，规模是80兆瓦时，功率是40兆瓦，采用电加热、双罐式，主要解决的是技术热电解耦调峰调频的问题。投运以后机组的深调能降到25%，爬坡速率大于3%，前两年的收益是非常好的，基本在3000万到4000万，这个项目当初也是在国内引起比较大的反响。

第二个项目是北方魏家峁，国内首个蒸汽熔盐储热项目，于2023年5月投运，储热规模80兆瓦时，也是我们华能重大科技项目和内蒙古自治区的重点研发计划的依托项目，主要解决的纯凝技术和全年调峰调频的问题。这是魏家峁示范工程工艺流程总图，我们抽取再热蒸汽，先加入口热烟气，解决低负荷烟温不足的问题，加热之后一部分进入辅汽，解决辅汽不足的问题，储热之后水或者蒸汽又继续进行梯级储存，到我们的承压水罐，放热的时候跟临界水系统进行耦合，系统相对来说还是比较复杂一些，但是效率比较高，储能导致效率到了61%左右。通过蒸汽熔盐储热同步解决低负荷SCR入口以及辅汽不足的问题，由原来的50%降低至25%额定负荷，提升了25%。这是华北电科院给我们做的性能试验验收报告，主要设计热能效率、调峰25%，储热容量，包括AEC响应速率的提升。

第三，华能山东德州熔盐储热项目，此为国内首个模块化电加热储热项目，储热容量30兆瓦，6小时，180兆瓦时，主要解决技术热电解耦调峰调频的问题，山东也是目前我国电力现货实施最好的时代，过去两年零电价以上的时长超过2000小时，但网上负电价的时候，我了解最低已经到了负的一毛二，还得给电网倒贴钱，所以这个时候我们把这部分的电能储存下来，我不用给电网掏钱，这部分热量还是我白捡的，因为既然有负电价，就有高电价，高电价的时候熔盐多供热，让机组多发热去挣钱，所以一正一反山东目前是熔盐储热项目这个账是非常好算的，因为德州是华南最大的工业供汽电厂，供汽的能力和供汽品质也得到了提升，投运以后年收益每年还是在3000万元左右。

这是山东德州熔盐储能项目的场地布置图，储热系统占地面积只有600平方米，它是仅利用原来机组的绿化带，这边上以前是绿化带，这也是模块化熔盐储能的系统，它的占地面积小，正因为如此解决了存量火电机组建设场地不足的问题。

这是德州电厂熔盐储热建设过程中的一个实景画面，这个项目也是我们国内首次火电机组耦合熔盐储能项目新建储能变压器的示范工程。

第四个介绍的是华源济宁项目，这是我们国内首个“汽电”联合加热熔盐储能项目，50兆瓦，包含40兆瓦的电和10兆瓦的蒸汽，总容量是100兆瓦时，跟德州的类似，因为都在山东，他们也是解决机组热电解耦、调峰调频和供汽的问题，增加机组运行的灵活性，充分利用电加热的峰谷差，提高机组的运行收益。

第五个是华能海门熔盐储热项目，这也是国内首个熔盐储热耦合百万机组，60兆瓦120兆瓦时，它是电加热熔盐，取电来自4台机组的容量，也是解决机组调峰调频和供汽的问题，它的特点投运的第一年获得调频收益基本上占了广东煤电调频市场的80%的收益，所以当时的效益是非常好的。

第四部分，介绍一下我们在建项目，主要是两个新能源耦合。第一，山东安润能源500MW/2000兆瓦时，这个熔盐储能项目也是国内在建的储热容量最大新能源熔盐储热项目，采用双罐式的技术方案，它是将光伏的电直接转换成热储存起来用于工业供汽，减少弃光率，实现新能源的直接消纳，这也是我们熔盐耦合新能源的一种典型模式，目前国内许多在建新能源项目都无法并网，需要寻求就地的消纳，熔盐储热正好为此架起了这个桥梁，500兆瓦的电加热项目可以实现对外供汽300吨/小时，该项目已经纳入山东省2025年绿色低碳高质量发展的重点项目目录，目前项目也在加班加点的干，预计春节前能够投产。

这是一个简单的系统图，因为它系统比较简单，取新能源的电，电加热熔盐，储热的时候加热完到高温罐，放热的时候，我们是两列SGS放完热以后回到低温罐。

这是我前段时间拍的现场照片，两个罐子，一个低温罐，一个高温罐，现在开始保温，核心设备基本上都到齐了，这是变压器，这是我们的电加热器。

第二个项目是达拉特旗，它也是一个新能源耦合熔盐项目，它也是利用光伏弃电，将电能转换成热能储存起来，因为它是增量配电网，光伏所发热的电是不能上网，要不直接供给它的用户，要不转换成热量，也是供给园区的用户，我们这里设计的是61兆瓦，4小时，总储热量为244MWht，可以连续为园区供汽1个小时11吨，也是根据园区供汽的一个适应性的设计。这是我们现场的进度，这是模块化的熔盐储热系统，也是到今年春节前投运。

最后做一个总结和展望。

应该说我们依托这些项目，我们西安热工院参与组建了中央企业的新型储能的创新联合体，其中负责“熔盐储能技术研发”，我们成果入选2024年度十大创新成果，今年拿到2025年中国电力科技进步奖一等奖，同时我们完成了全国前5套熔盐耦合煤电机组灵活性项目，也引领了这块的技术进步，推动了整个燃煤发电产业的升级。

我们觉得熔盐储热应该说在未来或者现在到未来都是一个非常有前途的一项储热技术，能够解决火电灵活性、耦合新能源，解决新能源的消纳问题，我们西安热工院一直致力于技术的研发，包括各种从前期方案设计，到后续的总承包、EPC，到后续的技术服务，我们一直在这个方面争取做更多的工作。

我的汇报就到这里，感谢大家，希望大家多沟通、多交流，我们一起在熔盐储能这个领域一起努力，合作共赢。谢谢大家！