大力发展可再生能源是实现“3060”双碳目标的能源战略,在可再生能源发电装机容量越来越大的情况下,太阳能热发电因具有与火力发电相同的品质而成为未来平抑规模化风电和光伏发电波动性的关键技术。如何通过技术创新提高太阳能热发电效率和降低太阳能热发电成本是太阳能热发电未来发展方向。
8月16日,在由中国可再生能源学会太阳能热发电专业委员会主办,中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司承办的第十九届中国可再生能源大会太阳能热发电分会“多学科交叉融合”对话环节,储能专委会代表,北京工业大学机械与能源动力工程学院教授、博士生导师鹿院卫表示,太阳能热发电因配有长时储能技术,可以为电网提供转动惯量,未来可以替代火力发电将可再生能源发电打捆从西部输送到东部,实现可再生能源发电长距离输送。熔盐储热型太阳能热发电对于调节可再生能源发电并网具有不可替代的作用。
为提高太阳能热发电效率,国家已经设立了两个不同的重点研发计划项目,分别采用固体颗粒物和宽温域高温熔盐作为传热储热介质,从不同的储热技术角度解决高温长时储能的关键技术难点,以提高汽轮机出口温度,达到提高太阳能热发电效率的目的。为解决太阳能热发电因装机容量带来的发电效率低的问题,可以借助火力发电大机组发电效率高的特点,将太阳能热聚光集热场收集的太阳能高温热能通过熔盐储热输送到火电机组中,这样既可利用火电大机组提高了太阳能聚光集热的热电转换效率,又可降低了火力发电的度电煤耗,达到提效节碳的目的,此创新思路也正在国家重点研发计划的资助下开展研究工作。
高温熔盐储热除了在电源侧为太阳能高温热发电提供长时储能技术之外,还可在火电厂灵活性调节、电网侧压缩空气储能与卡诺电池储能、用户侧的工业/建筑供热与热电联供等方面发挥长时储能作用。截至2024年6月底,风电和光伏发电装机容量已达11.8亿千瓦,首次超过煤电装机,提前完成了国家规划的2030年12亿的装机容量目标。未来,可再生能源装机还将快速发展,电网如何消纳这些不稳定的电源发电,将成为“3060”双碳战略面临的新的问题。储能技术将在未来可再生能源高比例接入时发挥重要的作用。
目前,作为商业化光热电站,最成熟、应用最广泛传热储热介质为熔盐,采用高温液态熔盐,既可以做为传热介质收集聚焦的太阳能量,又可利用温度升高和降低进行显热储热,实现能量收集与发电解耦,优势突出。
但当前熔盐储能还亟需攻关的难点有:一是在熔盐材料方面,储能密度偏低,储能所需熔盐量大、储罐体积大,系统的建设和安装成本相对较高;熔盐分解温度低,无法满足高效太阳能热发电对高参数透平进气参数的要求,需要大量的资金投入,为此需要研发低成本低腐蚀低熔点高分解温度宽液体温域高储热密度混合熔盐配方;二是现有熔盐储换热设备存在效率低、成本高的缺陷,无法满足高温大容量储换热的需求,需要研发高温高效太阳能吸热器、大容量高电压熔盐电加热器、大进出口温差熔盐换热器、万吨级周期性液位变化高可靠性熔盐储罐等;三是将熔盐储热系统与现有的电网和发电设施集成,需要解决技术和工程上的多种挑战。
随着研究和应用的深入,熔盐储热技术必将在长时储能技术中发挥不可替代的作用。目前,国家对包括熔盐储热在内的储能技术给予政策支持和激励,促进其发展和应用。储能专委会将协同其他专委会,积极作为,为低成本、大容量、高安全、长寿命、规模化的储热型太阳能热发电提供重要技术支撑。