目前,熔鹽儲能作為長時高安全、大容量、低成本、大規模、易回收的新型儲能技術領域,在光熱發電熔鹽儲能核心領域之外,正快速從示范應用到新型儲能彎道超車的加速度跨界崛起。熔鹽儲熱應用新型儲能技術崛起東方,已勢不可擋后來居上,加速助力新型電力系統風電光伏可再生能源綠電的消納,構建以新能源增長和化石能源減少,利用熔鹽儲能供熱和發電技術的優勢增減掛鉤,為燃煤燃氣鍋爐碳排放雙控新舊動能轉換提供現階段最佳解決路徑。
熔鹽儲能從成熟的光熱發電技術跨界應用,目前還亟需破解技術跨界的三大難題。
首先,二元熔鹽和三元熔鹽(其他新型熔鹽)應用溫度范圍的差異,低溫區粘度變大,這是熔鹽的特性,也是需要重點突破的低熔點創新發展的攻克難題。
低溫的難題似乎沒有高溫的嚴峻,低溫無非是粘性大,增加泵的功耗,只要溫度上來相關問題迎刃而解。至于上限高溫或者說局部超溫的后果影響,可能會給整個系統和項目帶來不可估量的安全技術風險。從首批光熱發電示范項目應用情況下來,更高溫度上限的選擇應該是565℃、還是575℃、或者550℃?到底多少度會更合理,還需要根據熔鹽使用過程中的性能變化,重新科學評估分析研究,參考意大利ENEA通過對二元熔鹽(硝酸鉀40%、硝酸鈉60%)經過10000小時試驗分析研究,溫度超過550℃后會有少量的亞硝酸根離子釋出,亟需針對首批示范項目的現有熔鹽產品進行跟蹤測試,分析研究是否出現亞硝酸根離子變化的情況發生。如果是,又如何優化設計分析找到產生的真正原因,更是現階段和接下來熔鹽儲能領域的應用技術研究的重點課題,“勿以惡小(技術指標超標一點點)而為之”,放任不管未來熔鹽技術變化風險影響嗎?分析研究亞硝酸根離子超標對于熔鹽儲能電站運行過程中可能的潛在風險,是接下來需要科研機構和電站運營方,以及熔鹽材料商,設計院等共同尋找熔鹽儲能大規模高質量發展道路上重點研究的課題之一。
針對亞硝酸鹽的高溫分解風險,能夠降低熔鹽更低熔點的優勢,熔鹽的熱物性會相對更穩定的現實矛盾,如何解決跨界應用到火電機組領域的溫度匹配適應性,需要快速研發一種替代新型熔鹽刻不容緩,動輒上萬噸的規模,亞硝酸鈉超過430℃出現少量分解的難題是目前的最大風險點,如何控制加熱模溫避免超溫影響,理論設計上面可能不存在風險,實際運行就需要設計做到萬無一失的應急處理方案,新興產業帶來新的難題,只有實踐和運行才能出現和找到解決辦法。科技創新如何能夠適用應用需求,如何創新去除亞硝酸鈉是當下熔鹽新材料領域亟需實踐攻克的難題。

圖1國內首個燃煤機組耦合熔鹽儲能供熱和發電調峰調頻供熱示范
其次,熔鹽儲能跨界應用新三防。如果說之前設計的防凝和防超溫是目前階段重點考慮的問題,新的第三防,可能要落到大家之前在光熱發電領域未考慮到的或者之前的應用場景不太需要考慮的問題。防水或者說防洪水更精準一點,考慮到應用場景的不斷變化,從西北地區的沙漠、戈壁、荒灘逐漸應用到東部的火電廠、工業園區等,地理位置的跨界應用變化,勢必會出現新的防水特別是防洪水考量。比如有些電站建設在松花江、嫩江兩江流域,在這類地區建設的光熱電站熔鹽儲能系統就可能需要考慮到防水和防洪水的設計要點。避免因熔鹽儲罐遭遇洪水的無情浸泡,可能帶來的熔鹽儲罐形成較大的“內熱外冷”溫差,對于儲罐設備的應力變形可能會遭遇焊縫開裂,導致熔鹽儲罐的泄漏風險,當然針對二元熔鹽來說如果泄漏到水里并不會造成大的危害。如果是三元熔鹽(指含40%亞硝酸鈉)出現泄漏到水里面的話,那就會造成很大的水生環境破壞,主要原因是亞硝酸鈉有毒性:屬于危害水生環境物質的危險類別,急性毒性類別1,96小時,LC50(魚類)。如果一旦出現泄漏可能會對水生環境的破壞造成很大的影響,
如此以來,就需要針對新型熔鹽儲能跨界應用過程中,針對不同地區的應用場景,在設計階段需要考慮到新的防水或者防洪水的要求,以利于客戶能在一個新型熔鹽儲能電站的可研過程中,增加上之前被忽視或者不重點考慮的問題點。可能也是影響整個熔鹽儲能電站全生命周期穩定運行的關鍵因素。

圖2熔鹽儲能系統示意圖
最后,新型熔鹽技術如何低熔點、去鈉的新思維。面對新的難題和問題,熔鹽儲能新材料的高質量發展,是否一定是“寬溫域”、“更高溫”熔鹽這一科技創新研發方向呢?從科學技術研究角度這個是不需要懷疑的,需要一個長期的過程。寬溫域就需要相關儲能設備材料、設備、管道、泵、閥等協同技術都要跟得上,特別是未來槽式熔鹽導熱傳熱儲熱技術上面,務必要考慮到寬溫域,對于回轉接頭的技術考驗,或者超出了熔鹽難度的本身,一個卡脖子點就將讓所有的研發應用無法順利進行下去,如果短期內沒有辦法解決好系統裝備難題,很難形成規模化應用的機會,最終只是停留在配方或者試驗室,沒有經濟性市場化的驅動,還是比較難有高質量規模化發展,更別說創新的初衷是為了降低成本。
針對可再生能源高比例發展,熔鹽儲能規模化需要的未來,關鍵還是亟需解決當下的現實難題,常規的二元熔鹽如何破解是否是超溫造成的硝酸鈉分解產生的亞硝酸根離子,還是其他原因,是否后續難題會逐步頻繁造成系統安全技術風險。破解的方法是否就是需要去除硝酸鈉由一種新的材料來替代呢?還是降低高溫的運行參數來解決來的更現實都需要大家的共同研究。
熔鹽儲能跨界應用技術研究是當下破解三元熔鹽(指含40%亞硝酸鈉)超溫影響的重要措施,如何用新型材料替換亞硝酸鈉也是亟需解決難題的思路,有效去除風險材質,有效降低高溫段的使用溫度也是一種解決路徑。技術風險、環境風險、經濟性、適應性是熔鹽儲能跨界應用路上的溝溝坎坎,需要設計院、研究機構、熔鹽材料制造商、高校研究團隊、項目業主或者運維團隊,共同根據熔鹽儲能項目的更多應用,盡速盡早找出更佳匹配方案。
熔鹽儲能跨界應用的路途中,難免需要克服一些適應性、經濟性、創新性的難題,只要及早發現問題,找到問題的解決辦法,相信逐步會加速助力新型電力系統建設,為構建新型能源體系建設做成更大貢獻。
