壓縮空氣(qi)儲(chu)能技術以儲(chu)能規模大(da)、壽命長且(qie)成本相對較低等優勢,近年來在新型儲(chu)能領(ling)域異(yi)軍(jun)突(tu)起,常被輿論冠之“空氣(qi)充電寶(bao)”,“可媲美(mei)抽水蓄(xu)能”。
熔(rong)鹽儲熱技術憑(ping)借高儲能(neng)(neng)密度、優異的(de)(de)傳儲熱性(xing)能(neng)(neng)及顯(xian)著的(de)(de)成本優勢,在光(guang)熱發電(dian)、火(huo)電(dian)靈活性(xing)改造等市場(chang)展現出巨(ju)大的(de)(de)應用潛力,堪稱“熱能(neng)(neng)銀行”。
當(dang)“空氣充電(dian)寶”與“熱能銀行”組CP,一場“1+1>2”的革命開始上演。
越來越多的項目案例
傳統壓縮空氣儲能(neng)技術(shu)存在兩大痛點:一是(shi)壓縮過程(cheng)中產生的(de)熱(re)量被白(bai)白(bai)浪費(損失率(lv)超40%);二是(shi)釋能(neng)時需天然氣補(bu)熱(re),既(ji)增加碳排放(fang)又拉低(di)了(le)系(xi)統效率(lv)。熔鹽儲熱(re)的(de)加入,一舉破解了(le)這些難題。
熔鹽儲(chu)(chu)熱(re)技術可顯著(zhu)提高(gao)(gao)系(xi)統運(yun)行溫(wen)(wen)度(du),擴大儲(chu)(chu)熱(re)溫(wen)(wen)差,提高(gao)(gao)壓縮空氣(qi)儲(chu)(chu)能的系(xi)統效率。近年(nian)來,熔鹽儲(chu)(chu)熱(re)在壓縮空氣(qi)儲(chu)(chu)能項(xiang)目中(zhong)的應用越(yue)來越(yue)多(duo),以下為部分在建中(zhong)的代表性項(xiang)目:
目前,還沒(mei)有(you)已建成(cheng)的壓縮空(kong)氣儲能商業化電(dian)站(zhan)采用熔鹽儲熱(re)技術,傳(chuan)統的儲熱(re)介(jie)質以水或導熱(re)油為主(zhu),但熔鹽正(zheng)在成(cheng)為新一代壓縮空(kong)氣儲能電(dian)站(zhan)的主(zhu)流(liu)選擇。
由上(shang)表可見,“熔鹽+水”兩種(zhong)儲(chu)(chu)熱(re)(re)介質混用是(shi)目(mu)前在(zai)建項(xiang)目(mu)的(de)(de)主(zhu)要選擇(ze),如上(shang)表所列的(de)(de)江蘇淮安(an)項(xiang)目(mu)采用“熔融鹽+帶壓熱(re)(re)媒(mei)水儲(chu)(chu)熱(re)(re)”技(ji)術方(fang)案,儲(chu)(chu)熱(re)(re)介質為三元鹽(熔點低于180℃),構建起180-360℃的(de)(de)寬溫儲(chu)(chu)熱(re)(re)系統,設計轉換效率(lv)達(da)71%以上(shang)。
而單(dan)純(chun)采用(yong)熔鹽(yan)(yan)的項(xiang)目目前(qian)還非(fei)常少見,上表(biao)所列的泰安項(xiang)目是目前(qian)已知的唯一一個完全采用(yong)低熔點熔鹽(yan)(yan)的壓(ya)縮(suo)空(kong)氣儲能(neng)電站,項(xiang)目投資(zi)方中國(guo)能(neng)建數科(ke)集團稱該項(xiang)目采用(yong)了全球首創低熔點熔融鹽(yan)(yan)高溫絕熱(re)壓(ya)縮(suo)技術。
事實(shi)上(shang),壓(ya)縮空氣儲能在多(duo)級壓(ya)縮過程中產生的(de)階梯熱(re)量參數不(bu)同(tong),需(xu)對應不(bu)同(tong)溫(wen)區的(de)儲熱(re)模塊,若梯級設計不(bu)合(he)(he)理(li),會導致(zhi)熱(re)能“高質低用(yong)”,降低效率(lv)。因此,采用(yong)“熔鹽+水”的(de)混合(he)(he)儲熱(re)介質,構建(jian)多(duo)層(ceng)次的(de)寬溫(wen)儲熱(re)系(xi)統,相對更(geng)具現實(shi)可(ke)操作性(xing)。
黃金CP的困擾
盡管熔鹽(yan)儲熱與(yu)壓縮空(kong)氣儲能的耦合看起(qi)來很美(mei)好,但這(zhe)對“黃金CP”也有現實的困擾。
首先,熔(rong)鹽(yan)在高(gao)溫下具(ju)有強腐蝕性,讓設備面(mian)臨“慢性自殺(sha)”的(de)風險。其次,適用于回收壓縮空氣(qi)(qi)壓縮熱的(de)三元熔(rong)鹽(yan)的(de)凝(ning)點(dian)仍(reng)高(gao)達約142℃,低溫環境下易(yi)導致熔(rong)鹽(yan)凝(ning)固,引發(fa)管(guan)道堵塞、系統(tong)癱瘓。另外,熔(rong)鹽(yan)儲(chu)熱與壓縮空氣(qi)(qi)儲(chu)能的(de)耦(ou)合,在系統(tong)集成中面(mian)臨熱力(li)循環參(can)數匹配、換熱效率(lv)、熱力(li)學優(you)化等多(duo)重技(ji)術挑戰。
當然,上(shang)述問題(ti)并非無法解決(jue),采用創新的熔鹽儲熱材料、抗(kang)腐(fu)蝕合金、換熱器設(she)(she)計(ji)、優化熱力(li)學(xue)設(she)(she)計(ji)等方案,均是解決(jue)上(shang)述問題(ti)的可行路徑。
另外,為了進(jin)一(yi)步提(ti)高(gao)(gao)壓縮空氣儲能的(de)空氣膨脹機(ji)入(ru)口(kou)溫(wen)(wen)度,除了回(hui)收壓縮熱進(jin)行回(hui)熱之外,也有業(ye)內人(ren)士提(ti)出,可(ke)以采用高(gao)(gao)溫(wen)(wen)熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)進(jin)一(yi)步加(jia)熱,這(zhe)部分(fen)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)的(de)熱量來源可(ke)以與光伏發(fa)電(dian)搭配,即利(li)用光伏發(fa)電(dian)的(de)低(di)價電(dian)加(jia)熱熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan),再利(li)用這(zhe)部分(fen)熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)進(jin)一(yi)步加(jia)熱膨脹空氣,以進(jin)一(yi)步提(ti)高(gao)(gao)系統效率。
熔鹽儲熱與(yu)壓縮(suo)(suo)空氣儲能(neng)(neng)的(de)(de)(de)結合(he),顯然是一項重要的(de)(de)(de)技術革新,其將有望把(ba)壓縮(suo)(suo)空氣儲能(neng)(neng)的(de)(de)(de)電電轉化效(xiao)率(lv)推至75%以上(shang),這(zhe)將高于傳(chuan)統(tong)的(de)(de)(de)抽(chou)水(shui)蓄(xu)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)系統(tong)效(xiao)率(lv),在真(zhen)正意(yi)義上(shang)媲美抽(chou)水(shui)蓄(xu)能(neng)(neng)。如(ru)何能(neng)(neng)夠(gou)達此目標(biao)?ESPLAZA長時儲能(neng)(neng)網將舉辦的(de)(de)(de)2025壓氣儲能(neng)(neng)儲換熱系統(tong)創新論(lun)壇,將對這(zhe)一問題進行深入研討,歡迎業內同仁與(yu)會交流。
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