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    行業新聞

    光熱熔鹽儲能技術:遏制“兩高”解決“雙控”的新路徑
    發布時間:2021-08-17瀏覽次數:184

    習近平主席于去年9月22日的聯合國大會上宣布,中國將力爭2030年前碳達峰、努力爭取2060年前實現碳中和。30年內實現碳達峰到碳中和(“雙碳”),不僅是中國應對全球氣候變化的鄭重承諾,也是中國面向“零碳經濟”時代,加速經濟結構調整、持續提升經濟競爭力的戰略部署。


    響應國家綠色低碳發展的號召,伴隨著新能源風電太陽能的裝機高速增長,化石能源經過近些年的大氣污染防治、藍天保衛戰的行動治理,逐步有了非常大的實效。低碳綠色發展的路還很長,遏制“兩高”(高污染、高能耗)項目上馬,能耗總量和強度“雙控”的任務還是十分艱巨,新能源需要更快更高的發展也遇到了并網(實際上是)消納的未有之大困難,如何實現低碳未來綠色發展之路,是擺在我們面前的重大課題。


    從現在開始,我們需要考慮新能源的增長和化石能源的減少,如何協同開展能耗增減掛鉤,是擺在我們面前能源互聯協同的一條路徑。按照總書記能源“四個革命一個替代”的戰略方針,需要能源政策體系制定者、執行者、參與者、使用者的思想革命,跨越現有體制困境的藩籬,突破跨越融合創新思維,抓住制約能源轉型跨域式高質量發展的痛點堵點。


    隨著各省市“碳達峰”的目標設定,2030年前的新能源(風電、太陽能)裝機超過燃煤化石能源的裝機總量,如何保障電力安全綠色高效的協同應用,是需要共同解決的相關難題。


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    圖1新能源科技創新助力能耗增減掛鉤(網絡照片)


    針對電源側、電網側的儲能解決方案已經深入人心,我們重點討論如何利用需求(用戶)側的新增儲能來平抑新能源高速增長,實現新能源增長與化石能源(供熱)減少的能耗增減掛鉤。如何利用光熱熔鹽新型儲能技術,來實現燃煤、燃氣鍋爐工業蒸汽(供熱)能耗的快速減少。


    首先光熱熔鹽儲能技術來源于成熟的光熱發電應用領域,我們通過技術創新、產業融合、產業鏈整合,開展設計適用于工業(蒸汽)供熱、清潔供暖領域新技術應用,滿足工業園區、鄉村振興綠色科技農業生產制造低碳發展需要。下面圖2和圖3為目前太陽能光熱集熱最成熟的兩種技術類型。


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    圖2槽式聚光集熱系統(網絡照片)


    槽式太陽能聚光集熱系統全稱為槽式拋物面反射鏡聚光太陽能熱發電系統,是將多個拋物面槽式聚光集熱器經過串并聯的排列,加熱工質,產生高溫蒸汽,驅動汽輪機發電機組發電。


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    圖3塔式聚光集熱系統(網絡照片)


    塔式太陽能熱發電技術是利用中央集熱塔作為吸熱體的承載基礎,在塔四周設置一定數量的定日鏡,將太陽光反射至中央集熱塔上的吸熱器加熱內部的熱流體,熱流體經過蒸汽發生器產生蒸汽后驅動汽輪機進行發電。


    儲能是支撐新型電力系統的重要技術和基礎裝備,對推動能源綠色轉型、應對極端事件、保障能源安全、促進能源高質量發展、實現碳達峰碳中和具有重要意義。


    熔鹽儲能技術蒸汽系統主要由熔鹽材料、熔鹽儲罐、熔鹽泵、電加熱器、換熱器、除氧器、控制系統和各種水泵以及管道閥門等組成。圖4熔鹽儲能系統采用冷熱熔鹽雙罐設計,根據不同的運行模式,通過改變熔融鹽的流向,來決定系統是儲熱還是放熱。


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    圖4熔鹽儲能系統參考圖(網絡照片)


    光熱熔鹽儲能技術利用白天太陽能光熱直接產生蒸汽利用,光熱轉換效率超過65%,是太陽能高效熱利用最佳應用方式。熔鹽儲能系統充分利用低谷電、棄風棄光電、余熱等收集儲存能量,耦合熱泵等提高效能應用技術滿足夜間溫度運行需要。


    熔鹽儲能技術可滿足大規模、高安全、低成本、長壽命、易回收的諸多優勢,有效解決未來新能源電力為主體的新型電力系統可控負荷調峰穩定運行。


    為實現能源生產領域低碳發展,必須加快以清潔能源替代化石能源,提高清潔能源在一次能源總用量的比例。落實新能源增長能耗雙控降低增減掛鉤,推進新能源電力和化石能源熱力綠色電能替代。


    雖然清潔替代為實現“碳達峰、碳中和”目標提供了高效可行的系統解決方案,但是清潔替代發展也面臨來自清潔能源發電負荷不穩定、我國大部分地區清潔能源發電成本仍高于傳統火電及新能源補貼缺口不斷擴大等方面的阻力。


    清潔能源發電具有波動性、間歇性和不可預測性,清潔能源高比例接入電網后,增加了電網調峰、調頻的壓力,因此,需要大力發展儲能技術為能源生產轉型的深入推進提供技術保障。


    儲能,主要是指電能的儲存,即將電力轉化成其他形式的能量儲存起來,并在需要時釋放。參考圖5我們針對電能替代重點從用戶側角度看,熔鹽儲熱是目前降低工業、農業生產領域“兩高”項目能耗總量和強度雙控的最直接替代解決方案。


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    圖5綠色電能替代模式


    綠色電能替代雖然是非常有效的辦法,也面臨諸多問題,在我看來這些僅僅只是某些能源體系當中慣性陳舊思想的問題,在一個環節里面的難題,其實如果拿到能源體系里面來解決可能是變為相對簡單的事情,只是針對某些環節會覺得動了自己的奶酪。


    突破思想維度,穿越環節走向能源體系,是能源體制目前最亟需推動的思想革命??醋罱鼑野l改委能源局關于加快推進新型儲能發展意見的通知,積極支持用戶側儲能多元化發展,以需求為導向,探索開展儲氫、儲熱及其他創新儲能技術的研究和示范應用。完善峰谷電價政策,為用戶側儲能發展創造更大空間。


    可以看出,新能源的高速增長,最有效的解決方案,是加快建設能夠平抑適應間歇性、波動性、隨機性的需求側儲能(或儲熱),荷隨源動,加速用戶側儲能及可控負荷的增減掛鉤,加速推進工業、農業清潔生產綠色電能替代。


    我們以目前山西省現存7.6萬蒸噸燃煤、燃氣鍋爐來看,“十四五”期間僅僅拿出8%比例的綠色電能替代,即可平抑“十四五”新增430萬風電太陽能發電10%儲能的要求,對于“兩高“項目雙控的下降是最直接最有效的解決方案。


    在燃煤、燃氣鍋爐企業用戶(用熱)側,布局第三方獨立儲能綜合能源站,推進綠色電能替代能耗增減掛鉤,作為電網可控負荷解決電網調峰,消納高速增長新能源裝機后的棄風、棄光。只需考慮減免變壓器容量費和減半輸配電價,就可以開啟市場化應用模式。


    另外咱們再看看山東省最近開展的89臺35蒸噸/小時燃煤鍋爐,政府指導綜合建議是采用燃氣鍋爐替代,一邊是全國新能源近年裝機最快的省份,更是裝機最大的省份,或許也是燃煤鍋爐保有量(是否最大)較大的省份;目前天然氣氣源不足成本較高也是影響企業抉擇的疑問,為什么不能采取新能源增長和化石能源減少增減掛鉤呢?


    山東省是最早提出來新舊動能轉換示范先行區,也是較早提出來電能替代的省份之一。采用光熱熔鹽儲能技術,不需要擔心化學儲能的安全風險,僅僅是考慮對于熔鹽儲能綜合能源站電能替代項目,免收變壓器容量費,減半電網輸配電價即可(參考抽水蓄能的抽水電量政策)。


    當然了,這里面是要求這類熔鹽儲能項目,作為可控負荷只能消納新能源電力和低谷時段的電量,不僅僅是解決新能源消納難題,還可以消納低谷電量,同時又會作為一批獨立儲能和可控負荷響應電網的隨時調配,是能源體系綜合多贏的解決方案。


    另外根據山東省《關于促進全省可再生能源高質量發展的意見》也給出了新業態、新模式、新機制的建議,針對新增新能源風電、太陽能項目配套儲能的10%最小比例,創新就近消納機制,完善分布式發電試點市場化交易,按照穩妥有序、試點先行、發用協同、曲線耦合原則,選擇多能互補、調節能力強的可再生能源場站開展“隔墻售電”交易試點,在工業負荷大、新能源條件好的地區,就近消納結合增量配電(熱)網,開展源網荷儲用一體化示范項目。


    再比如,國家發改委剛剛出臺的《關于鼓勵可再生能源發電企業自建或購買調峰能力增加并網規模的通知》,鼓勵發電企業市場化參與調峰資源建設,超過電網企業保障性并網以外的規模初期按照功率15%的掛鉤比例(時長4小時以上)配建調峰能力,按照20%以上掛鉤比例進行配建

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