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熔盐储热:开启高效能源存储的新篇章——从敦煌光热电站到火电调峰,全面解析其原理与未来

发布时间:2025/3/28 19:05:26 点击:

3月27日,东方锅炉携熔盐储能系统亮相中国国际清洁能源博览会。3月15日,国内最大规模的“火电+熔盐”储能项目——国家能源集团安徽公司宿州电厂熔盐储热项目主体建设完工,进入设备调试阶段。就在不久前,国能河北龙山公司全国首台套600兆瓦机组“抽汽蓄能”熔盐储热项目满容量顶峰能力试验一次成功。于2021年并网发电的全球首座正式投入商运的商业化熔盐线聚焦式光热电站——兰州大成敦煌50兆瓦熔盐线性菲涅尔式光热电站储热时长达到15小时,正常天气具备24小时连续发电能力。熔盐储热为何成为能源转型的“新宠”?本文将深入解析其技术原理、核心优势及未来前景。

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一、热能“搬运工”

熔盐储热技术的核心是利用熔盐作为储热介质,实现热能的储存和释放。熔盐,即熔融状态下的盐类,通常由碱金属、碱土金属的卤化物、硝酸盐、硫酸盐等无机盐组成,具有高沸点、低粘度、低蒸汽压力和高体积热等特性,是优良的传热储热介质。

1.储热过程:在有热源供应时,如太阳能光热发电中的聚光集热、工业余热回收、电网低谷期的廉价电能等,低温熔盐被泵送至与热源进行热交换的设备中,吸收热量,温度升高,转变为高温熔盐,随后被储存到热盐罐中,将热能以显热的形式储存起来。例如在塔式太阳能光热电站,定日镜将太阳光反射到吸热塔顶部的吸热器,低温熔盐流经吸热器吸收热量,从约290℃升温至565℃左右,再进入高温熔盐罐存储。

2.放热过程:当需要热能时,热盐罐中的高温熔盐被输送到热交换器,与水、空气或其他需要加热的工质进行热交换。高温熔盐释放热量后温度降低,变回低温熔盐回到冷盐罐,循环使用;而工质吸收热量,产生蒸汽、热风等形式的能量,用于发电、供暖、工业生产等。如在发电应用中,高温熔盐与水在蒸汽发生器中换热,产生高温高压蒸汽驱动汽轮机组发电 。

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二、熔盐储热的四大优势

 

优势

对比传统储能

典型案例

长时储能

储热时长可达15小时

敦煌光热电站实现全天候供电

安全性高

无燃爆风险,适合大规模应用

青海盐湖储热项目安全运行超5年

寿命长

使用寿命25年以上

西班牙Gemasolar电站运行10年无衰减

成本低

度电成本0.2元

宿州电厂项目投资回收期仅6年

 

三、应用领域

 

1. 太阳能光热发电

熔盐储热是太阳能光热发电的关键技术之一,解决了太阳能间歇性和不稳定性的问题。白天收集的太阳能将熔盐加热储存,夜间或光照不足时,利用储存的热能发电,保证了光热电站的稳定运行。如敦煌100MW熔盐塔式光热发电项目。

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2. 火电灵活性改造

火电机组与熔盐储热技术结合,能有效解决热电联产机组供热与发电之间的矛盾,提高机组的调峰能力。例如,在用电低谷期,利用多余蒸汽加热熔盐储存热能;用电高峰期,释放熔盐热能产生蒸汽发电,既满足供热需求,又能灵活参与电网调峰 

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3. 工业余热回收利用

钢铁、化工、水泥等行业在生产过程中会产生大量高温余热。熔盐储热系统可以回收这些余热,储存起来用于预热原料、产生蒸汽供生产使用,提高能源利用效率,降低企业能耗和生产成本

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4. 区域集中供热

熔盐储热用于区域供热,可利用夜间低谷电加热熔盐储存热能,白天释放热能供热,实现能源的高效利用和集中供应。还可与太阳能等可再生能源结合,作为备用热源,保证供热的稳定性和可靠性

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5. 其他领域

在一些对能源供应稳定性要求较高的数据中心、通信基站等,熔盐储热可作为备用能源系统,在市电中断时提供热能或电能,保障设备正常运行

 

四、挑战与机遇并存

熔盐储热依然面临诸多挑战,主要集中以下几点:一是,熔盐材料性能局限。当前常用的二元熔盐(如60%硝酸钾和40%硝酸钠组成)熔点较高,一般在220℃左右 ,在低温环境或熔盐循环系统启动阶段,容易出现粘度增大甚至凝固现象,导致管道堵塞、泵送困难,增加系统能耗和运行风险。而且高温下熔盐的稳定性也有待进一步提升,如温度超过550℃后,二元熔盐可能会有少量亚硝酸根离子释出,这不仅影响熔盐的化学性质,还可能对设备造成腐蚀,威胁系统安全运行。二是,初始投资成本高。建设熔盐储热系统需要购置大量专用设备,如耐高温、耐腐蚀的熔盐储罐,高效的热交换器,以及配套的管道、阀门和控制系统等,这些设备的采购和安装费用较高。同时,由于熔盐储热技术目前尚未实现大规模工业化生产,缺乏规模效应,导致单位储能成本居高不下,限制了其在市场上的竞争力。三是,行业标准和规范缺失。目前熔盐储热行业缺乏统一的技术标准和规范,从熔盐材料的质量标准、设备制造和安装规范,到系统设计、运行和维护标准等,都没有明确的规定。这导致市场上的产品和服务质量参差不齐,项目建设和运营过程中存在较大的随意性,不利于行业的健康有序发展。

未来,一方面,通过技术创新研发新型多元熔盐体系,进一步提升熔盐的综合性能,满足不同应用场景的需求。另一方面,随着市场需求的增加和技术的成熟,熔盐储热设备将逐步实现规模化生产,通过扩大生产规模降低单位产品的生产成本,形成规模经济效应,提高产品的市场竞争力。同时,加快制定熔盐储热行业的技术标准和规范,包括熔盐材料标准、设备制造和安装标准、系统设计和运行标准等,规范市场秩序,提高产品和服务质量,促进行业的健康有序发展。

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从敦煌戈壁的“超级镜子”到火电厂的灵活调峰,熔盐储热正在重塑能源存储的边界。随着技术迭代与政策加码,这一技术有望在碳中和进程中扮演关键角色,为人类可持续能源未来提供坚实支撑。