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隨著全球能源互聯(lián)網建設的推進，光伏、風電等可再生能源發(fā)電將會迎來高速發(fā)展。而“十四五”期間將是我國實現碳達峰的關鍵期，可再生能源比例將持續(xù)提升，最終取代火力發(fā)電成為主力能源。

在火電占比逐漸下降、承擔深度調峰壓力巨大的新形勢下，儲能技術無疑是有效緩解大規(guī)?？稍偕茉床⒕W壓力的一種有效技術手段。

儲能技術涉及領域非常廣泛，按儲能方式可分為抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、重力儲能、電池儲能、蓄熱儲能等，按應用場景則可分為電網側儲能、電源側儲能、用戶側儲能。電源側儲能主要包括集中式新能源利用、調頻輔助服務應用、調峰輔助服務應用3種應用模式，在各種儲能方式中，除傳統(tǒng)的抽水蓄能以外均可用于電源側儲能。儲熱技術具有更強的調節(jié)能力和持續(xù)供給能力，在電源側儲能中應用十分廣泛。

純太陽能光熱發(fā)電

在純太陽能熱發(fā)電領域，儲熱是核心技術之一。目前，國際上已經建成運行和正在建設的純太陽能熱電站大多配置了儲熱系統(tǒng)。用于光熱發(fā)電的儲熱系統(tǒng)以熔融鹽儲熱為主，儲熱溫度可達500℃以上。

儲熱系統(tǒng)的引入進一步提高了純太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中太陽能貢獻度，優(yōu)化了系統(tǒng)性能，以50MW太陽能光熱塔式發(fā)電項目為例，有研究者分析了是否配備儲熱系統(tǒng)時電站性能情況?？梢姡鋫鋬嵯到y(tǒng)時的電站性能明顯優(yōu)于無儲熱系統(tǒng)。


▲50MW光熱發(fā)電機組搭配儲熱前后性能對比

太陽能光熱-化石燃料互補發(fā)電

純太陽能熱發(fā)電可以實現完全清潔發(fā)電，但對設備要求較高且裝機容量受限，因此有研究者設計了太陽能與化石燃料互補的發(fā)電技術。太陽能與化石燃料熱互補發(fā)電做到了太陽能光熱和化石燃料的取長補短，一方面化石燃料發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以在一定程度上平抑太陽能輻照頻繁波動對太陽能側發(fā)電量的影響；

另一方面由于耦合了太陽能，可以有效減少傳統(tǒng)化石能源發(fā)電系統(tǒng)的消耗并改善環(huán)境問題，也有效解決了太陽能利用不穩(wěn)定和發(fā)電成本高等問題。因此，太陽能與化石燃料互補發(fā)電系統(tǒng)是目前解決太陽能高效利用的重點發(fā)展方向。


▲配置儲熱的太陽能-燃煤熱互補發(fā)電機組

太陽能熱互補發(fā)電系統(tǒng)同樣需要搭配儲熱。儲熱系統(tǒng)與太陽能-化石能源熱互補系統(tǒng)相結合，可以提高太陽能利用率，進一步節(jié)省化石燃料消耗量，提高整個機組經濟性，同時，熱互補系統(tǒng)總運行時長將大幅提高，且可使太陽能側的輸出保持穩(wěn)定，有利于系統(tǒng)的安全性和高效性。

有科研人員對搭配儲熱系統(tǒng)的太陽能-燃煤熱互補發(fā)電機組進行了建模計算，根據測算結果，一套660MW光熱互補發(fā)電機組在搭配雙罐熔融鹽儲熱系統(tǒng)后，最高可節(jié)約煤15.55%，提高系統(tǒng)熱電效率3.3%。

搭配儲熱裝置的熱電聯(lián)產

熱電聯(lián)產是最早將電源側儲熱投入實際生產的領域。由于存在峰谷差，熱電聯(lián)產機組受供熱限制而不能充分投入運行，導致熱電調度無法高效運行，故機組調峰能力被“以熱定電”限制，將熱電聯(lián)產技術與儲熱技術相結合，可以有效降低用能峰谷差，減少一次能源消耗。

此外，儲熱系統(tǒng)可以實現熱電聯(lián)產機組的熱電解耦，提高了冬季取暖期的調峰能力。目前，國內外的熱電聯(lián)產機組已普遍使用以水蓄熱技術為主的儲熱裝置。


▲配置儲熱的熱電聯(lián)產機組

根據對我國目前在運的北方熱電聯(lián)產機組的數據分析，配置儲熱系統(tǒng)的機組調峰能力均有大幅度提高。以北方地區(qū)的一臺300MW熱電聯(lián)產機組為例，在配備儲熱裝置后調峰容量從15.5%提升至37%，最大電出力提升了64.6MW。

電源側儲熱需擴大產業(yè)規(guī)模

技術提升是關鍵

儲熱技術是具有廣闊發(fā)展前景的節(jié)能技術。電力體制改革和“雙碳”目標的提出給能源行業(yè)帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)，隨著新能源裝機占比的上升，電源側調峰能力受到了更高的要求。

儲熱技術在電源側的應用能做到兼顧調峰和能源清潔化，是未來我國電力系統(tǒng)不可或缺的組成部分。除了上文提到的光熱發(fā)電和熱電聯(lián)產領域之外，電源側儲熱技術還可應用于多能互補系統(tǒng)等其他新型能源系統(tǒng)，打造全面、穩(wěn)定、清潔的綜合能源服務。

另一方面，以光熱發(fā)電為主的電源側儲熱技術裝機容量提升緩慢，主要原因是受到現有技術的限制。

從儲熱介質而言，需要尋找兼顧儲熱溫度、儲熱密度和傳熱能力的優(yōu)質儲熱材料，從儲熱方式而言，顯熱/潛熱混合儲熱能降低系統(tǒng)成本、提升熱效率，從儲熱系統(tǒng)設計而言，優(yōu)化系統(tǒng)設計能大幅度降低成本并提高系統(tǒng)安全性。

因此，儲熱技術的提升是行業(yè)發(fā)展關鍵，只有研發(fā)了更多新技術，才能讓儲熱在電源側的應用更加成熟。 

原標題：我國電源側儲能中儲熱技術的發(fā)展現狀及前景