1、前言

在全球氣候變暖和不可再生能源日漸枯竭的背景下，隨著國家雙碳戰略的落地，國家大力發展太陽能、風能等可再生能源。

太陽能、風能的不穩定性以及末端用能的周期性峰谷波動，造成可再生能源利用效率不高。為適應清潔可再生能源發電的特點，需要有配套儲能系統來解決能源供給與需求在時間、空間、強度上的不匹配問題，即在電能較多時將電能儲存于儲能系統中，在電能不足時通過儲能系統來發電對電網進行電能補充。

按照時長要求的不同，儲能的應用場景大致可以分為容量型（≥4h）、能量型（約1～2h）、功率型（≤30min）和備用型（≥15min）四類。

容量型儲能：場景包括削峰填谷或離網儲能等

能量型儲能：具有調峰、調頻和緊急備用等多重功能

功率型儲能：主要用于調頻等

備用型儲能：可作為不間斷電源提供緊急電力

按應場景劃分的儲能類型

在已知的清潔能源中，太陽能無疑是目前地球上可以開發的、儲量最多的可再生能源。但因受到季節分布和能耗需求不匹配的影響較大，如何將夏季的太陽能等熱能儲存于儲熱介質中，在冬季將熱量釋放出來用于供暖，達到夏儲冬用的理想狀態，成為當前行業主要研究發展方向。

當前，能量型儲能可以一定程度上緩解棄電現象，但不能完全實現“削峰填谷”，而采用容量型儲能可以更好調節電力供需，同時可以更加充分利用峰谷電價提高利潤。因此，容量型儲能成為了未來新型電力系統的重要方向。

熔鹽在各類劃分標準下的表現

在容量型儲能的諸多儲熱介質之中，熔鹽具有儲熱密度大、黏度低、成本低、壽命長和效率高等方面的性能優勢，成功脫穎而出。

2、什么是熔鹽儲熱

熔鹽是鹽類熔化形成的熔體，是由陽離子和陰離子組成的離子熔體。我們通常所說的熔鹽是指無機鹽的熔體，如堿金屬、堿土金屬的鹵化物以及硝酸鹽、硫酸鹽等的熔體。廣義的熔鹽還包括氧化物熔體和熔融有機物。

熔鹽在標準溫度和大氣壓下為固態，而在溫度升高到一定程度之后轉化為液態。在特定的傳熱儲熱場合，可以根據工藝技術要求來選取不同類別的熔鹽單體，也可以按照一定比例通過復配方式來制成性能穩定的混合共晶鹽，以完成特定的傳熱儲熱任務。

看似普通的熔鹽

如果利用棄風、棄光的電能以及“低谷電”來加熱熔鹽，從而把這些電能轉變為熱能存儲起來，在用電高峰時再把這些熱能利用起來，這樣就可以通過供熱系統來替代燃煤（或天然氣）鍋爐進行供暖了。這樣既提高了電網的穩定性，又改善了大氣環境，同時還可以緩解氣荒和降低運營成本。

熔鹽儲能熱電解耦系統原理

3、熔鹽儲熱的優勢有哪些

在整個工作溫度范圍內，熔鹽始終保持液態，吸收電能、輻射能等能量，當環境溫度低于熔鹽溫度時，再將熱能釋放出來，從而實現在升溫或降溫過程中的溫差存儲熱能。

因具有較寬液體溫度，儲熱溫差大、儲熱密度高、傳熱性能好、工作狀態穩定、成本低等優勢，適合大規模儲熱，單機可實現100兆瓦時以上的儲熱容量，成為儲能界一匹“黑馬”。

綜合來講，熔鹽儲熱優勢具體體現在以下幾點：

（1）儲熱功率大，可以實現百兆瓦級儲能。例如甘肅省金昌市高溫熔鹽儲能綠色調峰電站儲能規模達到600MW/3600MWh；

（2）儲熱時間長，可以實現單日10h以上的儲熱能力。敦煌百兆瓦熔鹽塔式光熱電站的熔鹽儲熱時間可以達到11個小時，遠遠高于當前2-4小時的配儲比例要求；

（3）儲熱參數高，熔鹽儲熱溫度可達595℃或更高，放熱蒸汽參數可以達到亞臨界參數，能驅動汽輪機進行發電；

（4）儲熱速度快，可以滿足負荷大幅度波動的調節需求；

（5）儲熱效率高，接近抽水蓄能綜合效率，能耗低；

（6）使用壽命長，熔鹽儲熱系統使用壽命可達30年以上；

（7）系統運行靈活，模塊化設計，儲熱功率模塊和容量模塊相互獨立，儲熱過程和發熱過程相互獨立，運行靈活，且可根據需求定制儲熱方案；

（8）運行安全可靠，帶有二元硝酸鹽的儲熱是一種安全性較高的儲熱方式。自1982年4月美國SOLAR ONE以來，全球669萬千瓦的太陽能熱發電裝機還未發生過類似鋰電爆炸等安全性事故，是一種高安全性的儲能方式；

（9）環保安全，不產生污染排放。

4、熔鹽儲熱的應用領域與案例

熔鹽是通過儲存熱量的方式來儲存能量的，如果需要儲存的是電能，那整個流程中需要完成“電能——熱能——電能”的轉換，效率很低；

如果需要存儲的是熱能，在升溫和降溫過程中的溫差實現熱能存儲，整個過程是“熱能-電能”的轉換，當需要發電時，高溫罐熔鹽可以泵出，與水換熱產生蒸汽，推動汽輪機發電，損耗低、效率高。

熔鹽儲能可應用在采用熱能發電的場景中，如光熱發電、火電廠改造等；或者應用在終端能量需求為熱能而非電能的場景，如清潔供熱。

1）光熱發電系統中的應用：熔鹽將儲熱和傳熱介質合為一體，簡化電站系統組成。作為光熱發電的配套儲能設施，熔鹽儲熱系統可提高太陽能的利用率，減少功率波動，促進電網穩定輸出。對于光熱發電來說，應用較多的為二元熔鹽。常用的二元熔鹽為60%的硝酸鈉和40%的硝酸鉀的混合物。

2）為工業生產提供熱能：熔鹽儲熱系統的熱能利用效率高，可實現余熱、廢熱的回收利用，為工業園區的食品加工、紡織等企業提供穩定持續的蒸汽、熱風等高品質熱源。

3）發電站中儲能：在火電廠加裝熔鹽儲熱設備，可將其改造為儲能調峰電站，靈活輸出電力，儲熱可轉化成蒸汽為用戶供熱，提高電廠經濟效益。

5、熔鹽儲熱的未來發展前景

當前，在我國“30·60”雙碳目標引領下，在充分利用綠色能源，自然無限量能量，也就是所說的跨季節儲熱方面，太陽能和風能利用具有很大的發展潛力和工程價值。

我國目前建成規模最大、吸熱塔最高、可24小時連續發電的100兆瓦級熔鹽塔式光熱電站——甘肅敦煌100兆瓦熔鹽塔式光熱電站，在占地7.8平方公里的發電站廠區內，140多萬平方米的定日鏡以同心圓狀圍繞著260米高的吸熱塔。

白天定日鏡就會將光線反射集中到吸熱塔頂部，對熔鹽進行加熱，其中一部分熱熔鹽進入蒸汽發生器系統產生過熱蒸汽，驅動汽輪發電機組發電，一部分熱量存儲在熔鹽罐中，為夜晚滿負荷發電積蓄能量。

通過聚光吸熱、儲能換熱等環節，這座電站年發電量達3.9億千瓦時，每年可減排二氧化碳35萬噸，釋放相當于1萬畝森林的環保效益，同時可創造經濟效益3億至4億元。

該項目的成功并網投產，意味著中國光熱發電企業已掌握建設大規模熔鹽塔式光熱電站的核心技術，也為中國光熱發電企業立足國內、邁向國際新能源市場積累了雄厚的技術儲備，是我國光熱發電產業發展史上重要的里程碑。

國家首批利用太陽能熱發電項目——新疆首個光熱發電示范項目，由中國能建承建的新疆哈密熔鹽塔式50MW光熱發電站，該項目首創了雙熱熔罐的配置，高效利用吸熱塔中的熔鹽吸收太陽光熱量，將約290攝氏度的熔鹽加熱成565攝氏度的高溫熔鹽，再經過熱能交換產生高溫高壓蒸汽，推動汽輪發電機發電，

并配置13小時儲熱系統，確保機組24小時連續穩定運行，提高了機組的可靠性和靈活性。

該項目每年可提供1.98億度的清潔電力，對促進太陽能熱發電國產化進程、改善地區能源結構、帶動當地相關產業經濟發展具有十分重要的意義。

同類型的工程，目前有世界上投資規模最大、裝機容量最大、熔鹽罐儲熱量最大的“光熱+光伏”混合發電項目，也是“一帶一路”建設的典型工程——阿聯酋迪拜950兆瓦光熱光伏電廠項目，占地面積44平方公里，相當于6000多個足球場大，實現了“光熱發電技術”和“光伏發電技術”的結合，通過塔式和槽式光熱機中安裝的7萬片集熱鏡，將大面積的陽光反射并匯聚到太陽能收集裝置，在太陽能的加熱下，收集裝置中的熔鹽升溫并熔化為液體，流入高溫熔鹽罐中儲存。

需要發電時，高溫熔鹽罐中的熔鹽將水加熱形成蒸汽帶動發電機發電。與普通光伏電站僅能在光照充足時工作不同，該光熱電站項目的一大特點是能夠大量儲存陽光充沛時產生的熱能，并在夜間或陰天時提供穩定的電力，做到24小時連續穩定地將太陽能轉化為電能。項目建成后可為迪拜32萬戶家庭提供綠色能源，每年可減少160萬噸碳排放。

還有目前世界最大容量的熔鹽塔式光熱電站——摩洛哥努奧三期項目，坐落在1430公頃荒漠地帶中，有65萬塊光伏鏡面裝置，該項目不僅是中摩‘一帶一路’建設最大的合作項目，也是摩洛哥境內最大的工程項目。規劃項目完全建成后，供應摩洛哥近50%的電力需求，擺脫其能源困境。

熔鹽以其獨特的儲能優勢，迅速成為新能源發展中的一顆新星。“用鹽取暖”方興未艾，“用鹽發電”已成為光熱電站的標準配置。熔鹽儲能可以參與火電機組靈活性改造、利用谷電加熱熔鹽蓄熱工業供汽、利用谷電加熱熔鹽蓄熱集中供暖（“煤改電”）、利用棄風、棄光電加熱熔鹽蓄熱供暖、工業余熱利用等，熔鹽儲熱還可用于海水淡化、稠油開采、電網移峰填谷、分布式能源等多個領域，具有廣闊的發展前景。

在“30 60”雙碳目標背景下，發展以新能源為主體的新型電力系統成為我國能源行業的時代需要。新型儲能是支撐構建新型電力系統的重要技術和基礎裝備，對推動能源綠色轉型和保障能源安全具有重要意義，已成為大局所需、大勢所趨、行業所向，正迎來規模化、融合化、數字化發展的大潮。