熔盐储热技术在新型电力系统中的应用与实践
许文顺
（国能（泉州）热电有限公司，福建省泉州市，362801）
摘要：随着我国"双碳"战略深入推进，构建以新能源为主体的新型电力系统已成为能源转型核心任务。截至2024年5月底，全国风电、光伏发电装机容量已达12.5亿千瓦，占总装机容量的40%以上，高比例新能源接入导致系统调峰压力剧增。熔盐储热技术凭借工作温度区间宽（250-600℃）、传热无相变、系统效率高（80-85%）等特性，成为支撑新型电力系统建设的关键储能技术。国家能源集团安徽宿州电厂（1000兆瓦时）、荆州热电等工程实践表明，该技术可使机组最低负荷降至30%，调峰能力提升25%，年减少弃风弃光1.8亿kWh，投资回收期2.5年。研究表明，熔盐储热技术是实现"双碳"目标的关键支撑技术。
关键词：熔盐储热；新型电力系统；热电解耦；深度调峰；灵活性改造；碳中和；储能技术；煤电转型
1 引言
我国能源转型已进入关键阶段，"双碳"目标的提出为能源结构优化指明了方向。截至2023年底，全国风电、光伏发电装机容量已突破10亿千瓦，占总装机容量的35%以上，新能源已成为电力供应的重要组成部分。然而，高比例新能源接入导致电力系统调峰压力剧增，弃风弃光现象频发，严重制约了新能源的消纳水平。同时，煤电作为系统调节性电源，亟需通过技术改造提升灵活性，实现“热电解耦”，解决“压低谷、顶尖峰”的双重矛盾。
熔盐储热技术凭借其优异的热力学特性与工程可行性，成为煤电灵活性提升的关键技术路径。熔盐储热技术是基于熔融态无机盐的热力学特性，通过热交换将电能或热能转化为热能储存，再通过热交换释放热能的技术。其核心原理是利用熔盐的高比热容（约1.4-1.6 kJ/(kg·K)）、低饱和蒸汽压、高热稳定性（工作温度可达600℃）等特性实现高效热能存储与释放。与传统水储热、导热油储热等技术相比，熔盐储热技术具有工作温度区间宽、传热无相变、安全性能高、系统效率高、经济性优等显著优势。
本文基于国家能源集团多个熔盐储热项目实践，系统分析熔盐储热技术原理、工程应用及综合效益，为构建新型电力系统提供技术支撑。研究不仅关注技术原理，更注重工程应用效果，通过具体案例分析熔盐储热技术在提升煤电灵活性、促进新能源消纳、保障供热安全等方面的综合效益，为行业提供可复制、可推广的技术路径。
2 熔盐储热技术原理与特性
2.1 熔盐储热技术原理
熔盐储热技术是利用熔融态无机盐作为储热介质，通过热交换将电能或热能转化为热能储存，再通过热交换释放热能的技术。其工作原理可概括为以下三个过程：
储热过程：高温热源（如热再蒸汽、烟气或电加热）通过熔盐加热器将熔盐加热至高温状态，储存在高温熔盐储罐中。该过程将电能或热能转化为热能储存，实现能量的时空转移。
循环过程：高温熔盐通过熔盐换热器将热能传递给供热系统，释放热能后温度降低，返回低温熔盐储罐。该过程实现热能的按需释放，满足供热需求。
放热过程：当需要供热时，低温熔盐在熔盐加热器中被加热，重新进入高温储罐，完成循环。该过程实现熔盐储热系统的连续运行。
熔盐储热系统主要由熔盐储罐、熔盐加热器、熔盐换热器、熔盐泵、控制系统等组成，形成一个完整的热力循环系统。系统工作温度范围为250-600℃，储热密度高（1200-1500 MJ/m³），系统效率可达80-85%。
2.2 熔盐储热技术特性
熔盐储热技术具有以下显著特性：
宽工作温度区间：典型熔盐工作温度范围为250-600℃，远高于水储热（<100℃）和导热油储热（<350℃），可满足高温热力系统需求，适用于热电联产、工业供热等多种场景。
无相变传热：熔盐在储热和放热过程中保持液态，传热均匀稳定，避免了相变过程中的热阻问题，系统效率可达80-85%，显著高于相变储热技术。
高安全性：熔盐本身不燃烧，无爆炸危险，高温溢出后在大气环境中会较快凝固，安全风险低。与导热油储热相比，熔盐储热系统的安全等级显著提高。
长寿命与低成本：熔盐储热系统循环次数可达10000次以上，寿命可达20年以上，单位储热成本为200-300万元/MWh，远低于其他储能技术。
大容量储能：储热密度高（1200-1500 MJ/m³），可实现百兆瓦级大容量储能，满足大规模电力系统调峰需求。
2.3 与主流储热技术对比
从表1可以看出，熔盐储热技术在工作温度区间、系统效率、安全性和经济性方面均具有明显优势，是目前最适用于大规模电力系统调峰的储热技术。
3 熔盐储热技术在煤电灵活性提升中的应用案例
3.1 国家能源集团安徽宿州电厂熔盐储热项目
项目概况：该项目采用390℃高温和190℃低温两个熔盐储罐，储热工质为三元熔盐（KNO₃-NaNO₃-NaNO₂），设计储热容量1000兆瓦时，是目前我国最大规模的火电熔盐储热项目，于2022年12月正式投运。
关键技术：
热电解耦技术：通过熔盐储热系统实现热电负荷解耦，机组在30%额定负荷下仍可连续供热5小时，解决了传统热电联产机组"发电不能低负荷、供热不能高负荷"的矛盾。
三元熔盐优化配比：采用KNO₃-NaNO₃-NaNO₂三元盐，熔点157℃，工作温度250-550℃，热稳定性好，热循环性能优异。
熔盐系统智能控制：基于深度学习的熔盐温度、流量动态优化控制，系统效率提升5%，运行稳定性提高15%。
多热源耦合技术：实现主汽、热再、烟气、电加热多热源协同，提高系统运行灵活性和经济性。
效果分析：
深度调峰能力提升：机组最低负荷从45%降至30%，调峰能力提升25%，调峰时长从2小时延长至5小时。
供热保障能力提升：对外供热能力达410吨/小时，比改造前提高260吨/小时，供热稳定性提升20%。
经济效益：年辅助服务收益约3800万元，年减少弃风弃光约1.2亿kWh，相当于减少CO₂排放9.6万吨。
投资回收期：2.8年，经济性显著优于传统储能技术。
3.2 荆州热电熔盐储热项目
项目概况：该项目采用三元熔盐作为储热介质，储热容量150MWh，系统静态投资1.4亿元，热源为热再蒸汽和电加热，于2023年6月投入运行。
工程流程图：
关键技术：
电-热耦合联合储热技术：通过电加热系统与热再蒸汽系统双重热源，实现储热与供热的灵活切换，提高系统运行灵活性。
熔盐流动特性优化：通过熔盐管道系统设计优化，有效防止熔盐在低温环境下凝固堵塞，确保系统稳定运行。
熔盐系统热力平衡模型：基于热力平衡原理建立系统模型，确保系统在不同工况下的稳定运行。
熔盐材料优化：采用KNO₃-NaNO₃-NaNO₂三元盐，熔点147℃，工作温度200-500℃，热循环性能优异。
效果分析：
深度调峰能力提升：单机深调能力增加25MW，双机深调能力增加50MW，调峰时长3小时。
供热稳定性提升：供热参数稳定在1.5MPa/300℃，波动范围从±15℃降至±5℃。
经济效益：年收益约5300万元，投资回收期2.6年。
环境效益：年减少CO₂排放约12万吨，相当于种植60万棵树。
4 熔盐储热技术应用效果综合分析
4.1 经济效益分析
熔盐储热项目主要收益来源包括辅助服务市场收益、现货市场收益和新能源配额租赁收益。以安徽宿州电厂项目为例，年收益约3800万元，投资回收期2.8年，远低于传统储能技术（投资回收期通常为5-8年）。
熔盐储热技术的经济效益主要体现在以下几个方面：
辅助服务收益：通过提供深度调峰服务，参与电力辅助服务市场获得收益，年收益约2500-3800万元。
减少弃风弃光收益：通过提升系统调峰能力，减少新能源弃电，年减少弃风弃光约1-1.5亿kWh。
供热收益：保障供热稳定，提高供热质量，减少因供热不足导致的经济损失。
4.2 运行效益分析
熔盐储热技术显著提升了煤电机组的灵活性。以宿州热电项目为例，机组最低负荷从45%降30%，调峰能力提升25%，同时保证了供热稳定，解决了"压低谷、顶尖峰"的双重需求。
从系统层面看，熔盐储热技术可有效提升电力系统灵活性。据国家电网统计，每1000兆瓦熔盐储热容量可增加系统调峰能力250兆瓦，相当于减少250兆瓦火电机组的调峰需求。在新能源高比例接入的背景下，熔盐储热技术可有效平抑新能源波动，提高系统消纳能力，为新型电力系统建设提供关键支撑。
4.3 技术创新点
热电解耦技术：通过熔盐储热实现热电负荷的解耦，使机组在低负荷运行时仍能保证供热，突破了传统热电联产机组“发电不能低负荷、供热不能高负荷”的限制。
多热源耦合技术：实现主汽、热再、烟气、电加热多热源协同，提高系统运行灵活性和经济性。
智能控制技术：基于AI的熔盐系统动态优化控制，提升系统效率和稳定性，实现熔盐储热系统的智能化运行。
熔盐材料优化：通过三元盐优化配比，提高熔盐的热稳定性、热循环性能和经济性。
5 结论与展望
熔盐储热技术作为构建新型电力系统的关键支撑技术，已在我国多个煤电项目中成功应用，有效解决了高比例新能源接入下的调峰难题，为煤电向系统调节性电源转型提供了可靠技术路径。研究表明，熔盐储热技术凭借其工作温度区间宽、传热无相变、安全性能高、系统效率高、投资回收期短等优势，已成为煤电灵活性提升的重要技术手段。
未来，熔盐储热技术将在以下几个方面取得突破：一是开展熔盐储热与新能源一体化集成技术研究，提升系统整体效率，实现“风光储一体化”；二是深化熔盐材料基础研究，开发更高温度、更低成本的新型熔盐，进一步提高系统经济性；三是推动熔盐储热技术标准体系建设，促进产业规范化发展，形成完整的产业链；四是拓展熔盐储热在煤化工、工业余热利用等领域的应用，实现多场景协同发展，为“双碳”目标实现提供技术支撑。
随着技术的不断成熟和应用的深入，熔盐储热技术将在我国能源转型和"双碳"目标实现中发挥越来越重要的作用，成为构建新型电力系统的关键技术之一。在“十四五”及未来更长时期，熔盐储热技术有望在更大规模、更广范围推广应用，为我国能源结构优化和绿色低碳发展提供强有力的技术支撑。
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作者介绍：
许文顺（1989.06-），国能（泉州）热电有限公司、生产技术部，技术员，研究方向：火力发电厂运行、电厂智能化。
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