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2022-03-31 16:01:44
何雅玲院士:“熱儲能系統是未來規模儲能的中堅力量!”

以下文章來源于科技導報《 熱儲能技術在能源革命中的重要作用》,作者何雅玲院士。

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何雅玲,中國科學院院士,教授,工程熱物理專家,現任第十九屆中央委員會候補委員,國務院學位委員會學科評議組召集人(動力工程及工程熱物理),教育部高等學校能源動力類專業教指委主任,西安交通大學學術委員會主任。研究方向為工程熱物理、能源高效轉換與利用、儲能科學與工程等。


能源是人類社會賴以生存和發展的物質基礎。

縱觀人類社會發展歷史,人類社會文明的每一次重大進步都伴隨著能源利用的改進和革命

儲能技術在促進能源生產消費、開放共享、靈活交易、協同發展,推動能源革命和能源新業態發展方面發揮著至關重要的作用,是新能源與可再生能源發展的核心支撐,儲能技術的創新突破將成為帶動全球能源格局革命性、顛覆性調整的重要引領技術

當前,世界主要發達國家紛紛加快儲能技術和產業的發展,搶占能源戰略突破高點


在眾多儲能技術中,熱儲能是很具應用前景的規模儲能技術之一。

熱儲能技術是以儲熱材料為媒介,將太陽能光熱、地熱、工業余熱、低品位廢熱等或者將電能轉換為熱能儲存起來,在需要的時候釋放,以解決由于時間、空間或強度上的熱能供給與需求間不匹配所帶來的問題,很大限度地提高整個系統的能源利用率

熱儲能相比于電化學儲能、電氣儲能等其他儲能技術路線,在裝機規模、儲能密度、技術成本、使用壽命等方面具有明顯優勢;

而與壓縮空氣儲能和抽水蓄能這兩種機械儲能技術相比,熱儲能技術具有占地面積小、成本低、儲能密度高、對環境影響小、不受地理、環境條件限制等諸多優勢;

熱儲能技術作為一種能量高密度化、轉換高效化、應用成本化的大容量規模化儲能方式,將在構建清潔低碳安全高效的能源體系、構建以新能源為主體的新型電力系統、保障電力系統安全穩定運行等方面發揮重要作用。


熱儲能技術特點優勢主要表現在:

儲能容量大、配置靈活、無特殊環境要求;

具有規模化建設及運營成本的優勢,具有明顯的規模效應

可根據用戶需要,實現多種能源品位冷、熱、電、汽聯供;

可對區域電網實現削峰填谷、雙向調節、消納間歇性新能源(風電、光伏等)裝機出力,是電網平衡峰谷差的很佳解決方案;

循環次數大、壽命長,且儲能電站的雙向調節功能不會伴隨長時間儲熱循環而導致效率降低;

儲放過程無化學反應,技術參數及過程可控,系統安全性高


熱儲能技術可應用于電源側、電網側、用戶側。

用戶側而言,熱儲能技術可應用于用戶冷、熱、電綜合能源服務海水淡化等場合;

熱能直接利用中,儲熱技術擁有比儲電技術更高的能量利用效率;

儲熱技術還包括儲存和利用低于環境溫度的熱能,即蓄冷技術在冷鏈相關領域已有成熟應用,市場規模亦在持續擴大。

電源、電網側而言,現階段電力系統呈現高比例可再生能源、高比例電力電子設備的“雙高”特征,系統轉動慣量持續下降,調頻、調壓能力不足,對電網安全提出嚴峻挑戰,太陽光熱儲能發電通過汽輪發電機組的轉動慣量可以有效實現調頻

火電廠靈活性改造中,熱儲能發電技術將機組變負荷運行時出現的過剩蒸汽熱量轉化為儲熱介質的熱能存儲起來,當需要時將熱能釋放,既能增加機組調峰深度,也能增加峰負荷能力,投資和運行成本較低,具有明顯優勢。


世界上先進國家對熱儲能及其發電技術開展了多方面研究和投資。

比爾·蓋茨先進的突破能源基金投資了由Google-X實驗室孵化的Malta熔鹽儲熱技術;英國能源技術研究所與Joseph Swan爵士能源研究中心聯合研發電網規模熱儲能系統;西門子歌美颯公司宣布在德國北部的漢堡正式投運了用火山石將過剩的電能轉化為熱能的新型電熱儲能(ETES)示范項目,設計儲存容量為130 MW·hּ,進一步推進儲能和新能源發電結合、與電網結合技術的發展。

高溫熱儲能及發電技術在歐洲、美洲、非洲、中東地區已經獲得較為廣泛的商業化應用,2008年西班牙建成了歐洲首座槽式光熱電站,熔鹽雙罐儲熱時長7.5 h,電站年運行小時數高達3600 h;2015年美國投運了當時全球很大的塔式熔鹽儲熱發電項目,裝機量達110 MW,熔鹽雙罐儲熱時長10 h,儲熱效率達到了99%。

截至2021年底,全球光熱發電站的裝機容量約為6.6 GW,2021財年美國能源部資助了20余項光熱發電研究項目,美國能源部規劃預計2030年12小時儲能光熱發電成本目標是5美分/kW·h,可見光熱儲能發電技術和產業在發達國家很受重視。


我國經過十幾年的發展,截至2021年12月,太陽能光熱儲能發電已有3座實驗電站9座商業化電站建成并網發電,總裝機容量達521 MW,中國企業在國外總包建成和在建的光熱儲能電站裝機容量超過1000 MW。

中廣核德令哈50 MW槽式電站(儲熱9 h)是我國 大型商業化光熱示范電站,2021年9月19日至2022年1月4日已經連續運行107天,刷新了2020年很長連續運行32.2天的記錄;

2018年,首航高科在敦煌建成了國內首座裝機容量100 MW熔鹽塔式電站,配置了11 h的熔鹽雙罐儲熱系統,可實現24 h連續運行;

2019年12月31日,我國在敦煌建成了世界上 座以熔鹽為吸熱、儲熱工質的商業化線性菲涅爾式光熱發電站

2020年,中船新能在內蒙古烏拉特中旗建成100 MW導熱油槽式光熱電站,配置10 h熔鹽儲熱系統,據蒙西電網統計,2021年1月至11月,該項目累積上網電量2.05億kW·h,占全國同時段光熱發電總量的30.48%。

我國太陽光熱儲能發電核心技術已經成熟,形成了具有完全自主知識產權的產業鏈,關鍵設備部件已全部國產化


2021年10月國務院印發《2030年前碳達峰行動方案》指出,積極發展太陽能光熱發電,推動建立太陽能光熱發電與光伏發電、風電互補調節的風光熱綜合可再生能源發電基地,推進熔鹽儲能供熱和發電示范應用。

這對推進太陽能光熱發電產業和熔鹽儲能供熱規模化發展提供了政策指導和保障

現在,風光熱儲互補國家高度支持,太陽光熱儲能發電將開啟一個新的時代


總之,熱儲能系統在冷、熱、電綜合能源利用方面效率高,在儲熱容量、規模化建設及運營成本、運行壽命、安全性、發電功率等方面具有突出優勢,特別是對消納間歇性新能源(風電、光伏等)裝機出力,在構建以新能源為主體的新型電力系統、保障電力系統安全穩定運行等方面發揮重要作用,是未來規模儲能的中堅力量,具有廣闊的發展前景,在能源革命中發揮著重要作用。


論文全文發表于《科技導報》2022年第4期,原標題為《熱儲能技術在能源革命中的重要作用》。

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