《碳達峰碳中和》新能源高比例發展矛盾解決之道——光熱高溫熔鹽新型儲能技術助力實現雙碳目標

伴隨著“碳達峰碳中和”綠色低碳發展轉變的開展，作為目前最大“造碳”兩大領域工業和電力的化石能源來說，與可再生能源應用高比例急速增長，產生前所未有的極大矛盾，特別是在工業和電力能源領域，矛盾會隨著新能源比例的增加更為突出，加速能源革命的利劍懸在頭上，亟需有效解決之道。

從下圖1看2020年國內二氧化碳排放結構比例來說，工業領域和電力能源領域的排放比例占據比重較大，如何實現碳達峰、碳中和的發展目標，重點的開展方向離不開這兩大主要領域，化石能源煤炭比重的快速降低是最優先考慮的措施方法。

圖1中國CO2排放結構

如何盡早實現碳達峰目標，為碳中和爭取更多的時間，主要分析國內幾大行業排放比例的高低，作為工業、電力領域無疑是最大的挑戰，從表1可以看出，工業、電力能源領域占比較大。

表1 2020年各行業二氧化碳占比

3月15日中央財經委員會第九次會議提出的要構建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統。要實施重點行業領域減污降碳行動，工業領域要推進綠色制造，建筑領域要提升節能標準，交通領域要加快形成綠色低碳運輸方式。要推動綠色低碳技術實現重大突破，抓緊部署低碳前沿技術研究，加快推廣應用減污降碳技術，建立完善綠色低碳技術評估、交易體系和科技創新服務平臺。我國力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和，是黨中央經過深思熟慮作出的重大戰略決策，事關中華民族永續發展和構建人類命運共同體。會議提出要解決突出矛盾和問題，推動平臺經濟規范健康持續發展；實現碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革，要把碳達峰、碳中和納入生態文明建設整體布局，拿出抓鐵有痕的勁頭，如期實現2030年前碳達峰、2060年前碳中和的目標。光熱高溫熔鹽新型儲能技術正是在工業蒸汽用熱領域、電力能源調峰儲能領域需要的綜合能源高效利用方式，滿足工業領域電能替代低碳綠色發展，以及新能源為主體的電力領域削峰填谷、穩定電網安全運行、調節消納新能源間歇電力的要求。

光熱高溫熔鹽新型儲能技術采用光熱發電領域成熟的高低溫雙罐熔融鹽儲能方案，冷熱罐熔鹽儲存形式，因為這是一種簡單并且得到實際驗證的形式。采用成熟太陽能光熱、棄風棄光、低谷電或工業余熱等，加熱儲罐系統內熔鹽介質。

圖2塔式光熱技術                           圖3槽式光熱技術

儲熱系統的熱鹽罐和冷鹽罐安置在事先做好的地基上，在兩個儲鹽罐的之間安置蒸汽發生器，蒸汽發生器的鹽管道兩端與熱鹽罐和冷鹽罐連接，通過管道熔融鹽在熱鹽罐、蒸汽發生器、冷鹽罐三者之間傳輸。

圖4光熱熔鹽儲能系統參考

蒸汽發生器用于將熔鹽存儲的熱量傳遞給工業園區蒸汽用戶直接利用，也可以通過梯級換熱為居民供熱供暖，在沒有熱用戶的情況下，熱量傳遞汽輪機工質水（汽），以驅動汽輪發電機組產生電能，蒸汽發生器為過熱蒸汽發生器，蒸汽發生器的額定新蒸汽參數與汽輪機匹配，汽輪機采用再熱式空冷純凝機組，也可以根據規模大小采用其他類型發電機組，以實現項目的最佳經濟性及更高效率。

圖5棄風棄光熔鹽新型儲能利用參考圖

項目使用太陽能光熱、棄風棄光、低谷電或工業（熱電廠）余熱加熱熔鹽，熔鹽溫度升高，能量儲存在熔鹽罐中，帶有熔鹽儲熱的風、光、儲一體化的集中式、分布式能源多聯供系統方案，帶有熔鹽儲熱的集中式、分布式能源多聯供功能模塊，并對系統用能進行預測。系統具備多場景應用模式下的商業推廣價值，為熔鹽儲熱技術在供熱制冷領域、熱電解耦以及在綜合智慧能源系統中的推廣應用技術支撐。項目優先為園區工業企業提供蒸汽利用，梯級居民清潔供熱供暖利用，多余部分采用余熱發電機組發電，實現棄風棄光電（余熱）等資源的合理梯級高效利用。

針對高比例可再生能源（風電、光伏）發電大規模能源基地，熔鹽新型儲能技術具備提供大規模、高安全、低成本、長壽命、易回收的高效儲能優勢。實現電網調峰、調頻友好協同發展，提高電力輸出功率的穩定性，提升新能源消納能力和綜合效益。

一、工業蒸汽用熱成本上漲與綠色低碳發展矛盾

隨著生態文明建設的發展，大氣污染攻堅戰等政策的實施，工業能源領域的矛盾越來越突顯，首先是工業領域的燃煤鍋爐天然氣、電能替代，導致石油進口占比增加到70%以上，氣代煤的政策導致天然氣超過43%以上的進口比例，能源對外依存度的加大，給國家能源安全帶來極大的風險。近期沙特石油設施遭受襲擊，輪船蘇伊士運河擱淺等突發因素勢必會推高油氣價的上漲風險，給國家能源安全的帶來極大挑戰，面對百年未有之大變局，國際勢力遏制我國發展的賊心不死。推動我國能源革命，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統，助力早日實現能源的自給自足將會給新能源帶來前所未有的增長機會。對于工業領域的用熱成本增高，特別是工業蒸汽成本逐年推高，雖然國家逐年在降低電價，推動新舊動能轉換電能替代的發展，不足以改變工業領域用熱成本上漲的矛盾。更伴隨著碳達峰的任務實施，碳排放配額比例的逐年降低勢必會加劇工業（蒸汽）用熱成本更大幅度的提升。光熱高溫熔鹽新型儲能技術是目前符合解決矛盾的最佳方案，充分利用光熱集熱技術在有限的空間內提高可再生能源的清潔熱源，耦合低谷電時段低成本電價助力電網穩定平衡，充分加大吸納風電、光伏高發時段火電調峰不足導致的棄電，爭取調峰輔助服務政策支持，降低用電成本。助力工業低碳綠色發展，早日實現碳達峰目標、碳中和愿景。

二、風電光伏高比例裝機與電網安全穩定運行矛盾

針對新能源風電、光伏更大比例裝機，給電網安全運行帶來不穩定的影響，無疑是第二個突顯的矛盾。新能源發電目前來看利用小時數低，2019年我國風電光伏平均滿負荷利用小時數分別是2082小時和1169小時，高比利新能源電量場景需要數倍于負荷的新能源裝機容量，造成新能源出力大幅波動，功率平衡和運行控制難度極大，新能源高發時段消納困難，擠占常規電源空間，消納與安全矛盾突出。充分利用光熱高溫熔鹽新型儲能技術的大規模、大容量優勢，加大風電光伏高發時段的消納比例，穩定平衡電網安全運行，助力電網削峰減少新能源為主體電力系統的現實矛盾。

圖6風電出力和負荷曲線                        圖7光伏出力和負荷曲線

三、國內風光資源充沛地區與負荷中心供暖季清潔供暖矛盾

以三北風光資源充沛地區的資源條件，與國內沿海地區負荷中心較遠距離的矛盾，目前的特高壓電網是有效的解決辦法。根據氣象軟件查詢光資源的數據，光伏采用水平輻射（GHI）數據供暖季最低和夏季最高數據差異接近3倍左右，勢必會導致冬天光伏發電量較夏季發電量下降較多，導致供暖季特高壓送出量利用率下降，這是資源條件導致的現實矛盾。

圖8榆林市光資源參考數據                      圖9張家口塞北光資源參考數據

再加上北方地區增加民生供暖，供熱需求陡然上升，勢必加大矛盾難題，又因燃煤（燃氣替代是趨勢）熱電機組增加供暖負荷后調峰能力受限，導致更大規模的棄風棄光現象在供暖季普遍發生。充分利用光熱高溫熔鹽新型儲能技術，聚光光熱的法向直接輻射（DNI）差異相比水平輻射（GHI）更少，冬季DNI數據遠比GHI數據更高，高溫熔鹽新型儲能具備大力消納風電光伏棄電比例，滿足更大范圍用熱要求。更有利于解決燃煤熱電機組低碳發展需要，將來非供暖季由高溫熔鹽新型儲能技術來支撐耦合運行，實現碳排放配合逐步降低的目標。光熱高溫熔鹽新型儲能是利用先進適應性技術化解環境矛盾的最佳技術方案。

針對國內目前的工業和電力領域能源的現階段主要矛盾和問題，如何有效解決是當下和未來一段時間需要重點解決的問題。光熱高溫熔鹽新型儲能技術，目前來看能夠具備：

解決風電光伏新增裝機配置儲能的要求；

解決電網調峰調頻穩定安全運行的能力；

解決高比例新能源棄風棄光消納能力；

解決工業領域蒸汽成本上漲低碳發展能力；

解決電能替代低谷電利用平衡電網能力；

解決熱電聯產電站調峰難題和碳配額減少生產難題。

目前光熱高溫熔鹽新型儲能技術雖然具備以上優點，制約發展的因素也比較多，如何享受電網領域儲能政策支撐的難題，目前主要儲能政策是化學儲能匹配的政策，而且能源電力發展歸口國家能源局管理電網公司調度；工業領域的能源利用是工信部在管理。其實電力領域儲能的難題在工業領域可以協助解決并能直接利用，但是目前的政策支撐不足，能源電力寧愿花更大代價補貼研究儲電的方向，也不愿花更低代價通過工業直接利用作為調峰電源的支撐方式（缺少跨部門之間政策）。如何從能源結構調整角度，電力儲能方式的多元化應用轉變，以低成本高安全儲熱的形式發展，不僅僅是解決自身難題，還能成就工業領域低碳發展，更加速工業電能替代新舊動能轉換，實現節約優化低碳綠色發展，助力實現能源安全目標。

新能源為主體的電力系統的思維必須要打破電力網絡本身，需要從全能源綜合體系中找到最佳平衡解決方式，需要從工業用戶領域的高度電氣化發展未來入手，新能源高比例和工業電氣化勢必會加速能源安全矛盾加劇，更需要以能源體系重構思維去入手，利用電網自身的儲能解決其中一部分，再利用工業用熱領域儲能解決一部分，剩下一部分需要用燃氣水電等調峰機組來解決，是碳達峰碳中和綠色發展的多路徑發展方式。更需要能源管理部門，從電力和工業雙領域著手策劃推進低碳發展政策支撐，避免過去“水多了加面，面多了加水”的直線思維，向柔性多維思維方式轉變，讓光熱高溫熔鹽新型儲能技術發揮在工業電力領域的最大利用價值，助力實現碳達峰碳中和快速發展路徑。

最后，介紹一下光熱高溫熔鹽新型儲能技術的推動者，山西常晟新能源科技是熔鹽儲熱領域集研發、設計、生產、銷售和安裝為一體的高端裝備制造商、系統集成商，也是高新技術企業。研發成果已用于光熱發電儲熱、棄風棄光熔鹽蓄熱式供熱、熔鹽蓄熱調峰電站、間歇高溫工業余熱回收領域以及為需要蒸汽的企業提新型儲能系統。公司是全國工商聯新能源商會副會長單位、全國熔鹽行業協會副會長單位，是太陽能熔鹽（硝基型）產品的國家標準制定者之一。

截止到2020年10月份，公司為敦煌100MW塔式熔鹽光熱發電項目、敦煌50MW菲涅爾熔鹽光熱發電項目、海西格爾木50MW塔式熔鹽光熱發電項目、內蒙古烏拉特中旗100MW槽式熔鹽光熱發電項目、海南州共和50MW塔式熔鹽光熱發電項目、哈密50MW塔式熔鹽光熱發電項目等國內大部分熔鹽儲能光熱電站項目累計提供高純度熔鹽10萬噸以上，占據熔鹽儲能所需硝酸鉀供應80%以上的市場份額，實現了熔鹽核心材料進口替代，一躍成為熔鹽儲能市場領軍企業（注：熔鹽由硝酸鉀和硝酸鈉等按一定混合組成，其中硝酸鉀屬于國內稀缺資源，價格遠高于硝酸鈉，國內達到熔鹽儲熱所需硝酸鉀材料標準的企業較少）。

圖10棄風棄光熔鹽儲能綜合利用示意圖

公司依托強大的熔鹽制造能力，已經形成“光熱、熔鹽材料+儲能系統”的系統集成和金融服務體系，將各種低成本的光、電及余熱，經過熔鹽儲能系統收集，為工業企業、用熱客戶等提供穩定、持續、高品質的工業蒸汽、熱水及電力。依托熔鹽儲能系統大規模儲熱能力，廣泛應用于光熱發電、電網削峰填谷、余熱利用、工業蒸汽、清潔供熱等諸多清潔能源利用領域，滿足未來工業和電力能源低碳綠色發展需要。

公司愿與行業伙伴共同推動光熱高溫熔鹽新型儲能技術，加速在構建新能源為主體電力系統中提供新型儲能應用技術，在工業綠色低碳發展領域中提供低碳路徑零碳目標解決方案，為共同推進碳達峰目標碳中和愿景共享低碳綠色能源發展模式。

歡迎（王工13810518839）和大家一起共同推動新型儲能技術的工業電力領域應用。