光热高温熔盐新型储能技术助力实现双碳目标
发布者:admin | 0评论 | 7204查看 | 2021-04-26 19:35:44    

《碳达峰碳中和》新能源高比例发展矛盾解决之道——光热高温熔盐新型储能技术助力实现双碳目标


伴随着“碳达峰碳中和”绿色低碳发展转变的开展,作为目前最大“造碳”两大领域工业和电力的化石能源来说,与可再生能源应用高比例急速增长,产生前所未有的极大矛盾,特别是在工业和电力能源领域,矛盾会随着新能源比例的增加更为突出,加速能源革命的利剑悬在头上,亟需有效解决之道。


从下图1看2020年国内二氧化碳排放结构比例来说,工业领域和电力能源领域的排放比例占据比重较大,如何实现碳达峰、碳中和的发展目标,重点的开展方向离不开这两大主要领域,化石能源煤炭比重的快速降低是最优先考虑的措施方法。


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图1中国CO2排放结构


如何尽早实现碳达峰目标,为碳中和争取更多的时间,主要分析国内几大行业排放比例的高低,作为工业、电力领域无疑是最大的挑战,从表1可以看出,工业、电力能源领域占比较大。


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表1 2020年各行业二氧化碳占比


3月15日中央财经委员会第九次会议提出的要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。要实施重点行业领域减污降碳行动,工业领域要推进绿色制造,建筑领域要提升节能标准,交通领域要加快形成绿色低碳运输方式。要推动绿色低碳技术实现重大突破,抓紧部署低碳前沿技术研究,加快推广应用减污降碳技术,建立完善绿色低碳技术评估、交易体系和科技创新服务平台。我国力争2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和,是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策,事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。会议提出要解决突出矛盾和问题,推动平台经济规范健康持续发展;实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局,拿出抓铁有痕的劲头,如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。光热高温熔盐新型储能技术正是在工业蒸汽用热领域、电力能源调峰储能领域需要的综合能源高效利用方式,满足工业领域电能替代低碳绿色发展,以及新能源为主体的电力领域削峰填谷、稳定电网安全运行、调节消纳新能源间歇电力的要求。


光热高温熔盐新型储能技术采用光热发电领域成熟的高低温双罐熔融盐储能方案,冷热罐熔盐储存形式,因为这是一种简单并且得到实际验证的形式。采用成熟太阳能光热、弃风弃光、低谷电或工业余热等,加热储罐系统内熔盐介质。

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图2塔式光热技术                           图3槽式光热技术


储热系统的热盐罐和冷盐罐安置在事先做好的地基上,在两个储盐罐的之间安置蒸汽发生器,蒸汽发生器的盐管道两端与热盐罐和冷盐罐连接,通过管道熔融盐在热盐罐、蒸汽发生器、冷盐罐三者之间传输。


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图4光热熔盐储能系统参考


蒸汽发生器用于将熔盐存储的热量传递给工业园区蒸汽用户直接利用,也可以通过梯级换热为居民供热供暖,在没有热用户的情况下,热量传递汽轮机工质水(汽),以驱动汽轮发电机组产生电能,蒸汽发生器为过热蒸汽发生器,蒸汽发生器的额定新蒸汽参数与汽轮机匹配,汽轮机采用再热式空冷纯凝机组,也可以根据规模大小采用其他类型发电机组,以实现项目的最佳经济性及更高效率。


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图5弃风弃光熔盐新型储能利用参考图


项目使用太阳能光热、弃风弃光、低谷电或工业(热电厂)余热加热熔盐,熔盐温度升高,能量储存在熔盐罐中,带有熔盐储热的风、光、储一体化的集中式、分布式能源多联供系统方案,带有熔盐储热的集中式、分布式能源多联供功能模块,并对系统用能进行预测。系统具备多场景应用模式下的商业推广价值,为熔盐储热技术在供热制冷领域、热电解耦以及在综合智慧能源系统中的推广应用技术支撑。项目优先为园区工业企业提供蒸汽利用,梯级居民清洁供热供暖利用,多余部分采用余热发电机组发电,实现弃风弃光电(余热)等资源的合理梯级高效利用。


针对高比例可再生能源(风电、光伏)发电大规模能源基地,熔盐新型储能技术具备提供大规模、高安全、低成本、长寿命、易回收的高效储能优势。实现电网调峰、调频友好协同发展,提高电力输出功率的稳定性,提升新能源消纳能力和综合效益。


一、工业蒸汽用热成本上涨与绿色低碳发展矛盾


随着生态文明建设的发展,大气污染攻坚战等政策的实施,工业能源领域的矛盾越来越突显,首先是工业领域的燃煤锅炉天然气、电能替代,导致石油进口占比增加到70%以上,气代煤的政策导致天然气超过43%以上的进口比例,能源对外依存度的加大,给国家能源安全带来极大的风险。近期沙特石油设施遭受袭击,轮船苏伊士运河搁浅等突发因素势必会推高油气价的上涨风险,给国家能源安全的带来极大挑战,面对百年未有之大变局,国际势力遏制我国发展的贼心不死。推动我国能源革命,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统,助力早日实现能源的自给自足将会给新能源带来前所未有的增长机会。对于工业领域的用热成本增高,特别是工业蒸汽成本逐年推高,虽然国家逐年在降低电价,推动新旧动能转换电能替代的发展,不足以改变工业领域用热成本上涨的矛盾。更伴随着碳达峰的任务实施,碳排放配额比例的逐年降低势必会加剧工业(蒸汽)用热成本更大幅度的提升。光热高温熔盐新型储能技术是目前符合解决矛盾的最佳方案,充分利用光热集热技术在有限的空间内提高可再生能源的清洁热源,耦合低谷电时段低成本电价助力电网稳定平衡,充分加大吸纳风电、光伏高发时段火电调峰不足导致的弃电,争取调峰辅助服务政策支持,降低用电成本。助力工业低碳绿色发展,早日实现碳达峰目标、碳中和愿景。


二、风电光伏高比例装机与电网安全稳定运行矛盾


针对新能源风电、光伏更大比例装机,给电网安全运行带来不稳定的影响,无疑是第二个突显的矛盾。新能源发电目前来看利用小时数低,2019年我国风电光伏平均满负荷利用小时数分别是2082小时和1169小时,高比利新能源电量场景需要数倍于负荷的新能源装机容量,造成新能源出力大幅波动,功率平衡和运行控制难度极大,新能源高发时段消纳困难,挤占常规电源空间,消纳与安全矛盾突出。充分利用光热高温熔盐新型储能技术的大规模、大容量优势,加大风电光伏高发时段的消纳比例,稳定平衡电网安全运行,助力电网削峰减少新能源为主体电力系统的现实矛盾。


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图6风电出力和负荷曲线                        图7光伏出力和负荷曲线


三、国内风光资源充沛地区与负荷中心供暖季清洁供暖矛盾


以三北风光资源充沛地区的资源条件,与国内沿海地区负荷中心较远距离的矛盾,目前的特高压电网是有效的解决办法。根据气象软件查询光资源的数据,光伏采用水平辐射(GHI)数据供暖季最低和夏季最高数据差异接近3倍左右,势必会导致冬天光伏发电量较夏季发电量下降较多,导致供暖季特高压送出量利用率下降,这是资源条件导致的现实矛盾。


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图8榆林市光资源参考数据                      图9张家口塞北光资源参考数据


再加上北方地区增加民生供暖,供热需求陡然上升,势必加大矛盾难题,又因燃煤(燃气替代是趋势)热电机组增加供暖负荷后调峰能力受限,导致更大规模的弃风弃光现象在供暖季普遍发生。充分利用光热高温熔盐新型储能技术,聚光光热的法向直接辐射(DNI)差异相比水平辐射(GHI)更少,冬季DNI数据远比GHI数据更高,高温熔盐新型储能具备大力消纳风电光伏弃电比例,满足更大范围用热要求。更有利于解决燃煤热电机组低碳发展需要,将来非供暖季由高温熔盐新型储能技术来支撑耦合运行,实现碳排放配合逐步降低的目标。光热高温熔盐新型储能是利用先进适应性技术化解环境矛盾的最佳技术方案。


针对国内目前的工业和电力领域能源的现阶段主要矛盾和问题,如何有效解决是当下和未来一段时间需要重点解决的问题。光热高温熔盐新型储能技术,目前来看能够具备:


解决风电光伏新增装机配置储能的要求;


解决电网调峰调频稳定安全运行的能力;


解决高比例新能源弃风弃光消纳能力;


解决工业领域蒸汽成本上涨低碳发展能力;


解决电能替代低谷电利用平衡电网能力;


解决热电联产电站调峰难题和碳配额减少生产难题。


目前光热高温熔盐新型储能技术虽然具备以上优点,制约发展的因素也比较多,如何享受电网领域储能政策支撑的难题,目前主要储能政策是化学储能匹配的政策,而且能源电力发展归口国家能源局管理电网公司调度;工业领域的能源利用是工信部在管理。其实电力领域储能的难题在工业领域可以协助解决并能直接利用,但是目前的政策支撑不足,能源电力宁愿花更大代价补贴研究储电的方向,也不愿花更低代价通过工业直接利用作为调峰电源的支撑方式(缺少跨部门之间政策)。如何从能源结构调整角度,电力储能方式的多元化应用转变,以低成本高安全储热的形式发展,不仅仅是解决自身难题,还能成就工业领域低碳发展,更加速工业电能替代新旧动能转换,实现节约优化低碳绿色发展,助力实现能源安全目标。


新能源为主体的电力系统的思维必须要打破电力网络本身,需要从全能源综合体系中找到最佳平衡解决方式,需要从工业用户领域的高度电气化发展未来入手,新能源高比例和工业电气化势必会加速能源安全矛盾加剧,更需要以能源体系重构思维去入手,利用电网自身的储能解决其中一部分,再利用工业用热领域储能解决一部分,剩下一部分需要用燃气水电等调峰机组来解决,是碳达峰碳中和绿色发展的多路径发展方式。更需要能源管理部门,从电力和工业双领域着手策划推进低碳发展政策支撑,避免过去“水多了加面,面多了加水”的直线思维,向柔性多维思维方式转变,让光热高温熔盐新型储能技术发挥在工业电力领域的最大利用价值,助力实现碳达峰碳中和快速发展路径。


最后,介绍一下光热高温熔盐新型储能技术的推动者,山西常晟新能源科技是熔盐储热领域集研发、设计、生产、销售和安装为一体的高端装备制造商、系统集成商,也是高新技术企业。研发成果已用于光热发电储热、弃风弃光熔盐蓄热式供热、熔盐蓄热调峰电站、间歇高温工业余热回收领域以及为需要蒸汽的企业提新型储能系统。公司是全国工商联新能源商会副会长单位、全国熔盐行业协会副会长单位,是太阳能熔盐(硝基型)产品的国家标准制定者之一。


截止到2020年10月份,公司为敦煌100MW塔式熔盐光热发电项目、敦煌50MW菲涅尔熔盐光热发电项目、海西格尔木50MW塔式熔盐光热发电项目、内蒙古乌拉特中旗100MW槽式熔盐光热发电项目、海南州共和50MW塔式熔盐光热发电项目、哈密50MW塔式熔盐光热发电项目等国内大部分熔盐储能光热电站项目累计提供高纯度熔盐10万吨以上,占据熔盐储能所需硝酸钾供应80%以上的市场份额,实现了熔盐核心材料进口替代,一跃成为熔盐储能市场领军企业(注:熔盐由硝酸钾和硝酸钠等按一定混合组成,其中硝酸钾属于国内稀缺资源,价格远高于硝酸钠,国内达到熔盐储热所需硝酸钾材料标准的企业较少)。


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图10弃风弃光熔盐储能综合利用示意图


公司依托强大的熔盐制造能力,已经形成“光热、熔盐材料+储能系统”的系统集成和金融服务体系,将各种低成本的光、电及余热,经过熔盐储能系统收集,为工业企业、用热客户等提供稳定、持续、高品质的工业蒸汽、热水及电力。依托熔盐储能系统大规模储热能力,广泛应用于光热发电、电网削峰填谷、余热利用、工业蒸汽、清洁供热等诸多清洁能源利用领域,满足未来工业和电力能源低碳绿色发展需要。


公司愿与行业伙伴共同推动光热高温熔盐新型储能技术,加速在构建新能源为主体电力系统中提供新型储能应用技术,在工业绿色低碳发展领域中提供低碳路径零碳目标解决方案,为共同推进碳达峰目标碳中和愿景共享低碳绿色能源发展模式。


欢迎(王工13810518839)和大家一起共同推动新型储能技术的工业电力领域应用。

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