走進(jìn)國家能源集團(tuán)安徽公司宿州電廠，最先映入眼簾的是兩座米色圓柱形巨罐。它們?nèi)缇奕税惚燃缍ⅲ赃呫y龍般的管道縱橫蜿蜒。
這是我國最大的“煤電+熔鹽”儲(chǔ)能項(xiàng)目、全國首臺(tái)套吉瓦時(shí)級(jí)煤電熔鹽儲(chǔ)換熱成套裝備及控制系統(tǒng)、國家首批綠色低碳先進(jìn)技術(shù)示范項(xiàng)目。
“這個(gè)項(xiàng)目于8月底建成投產(chǎn)，它破解了傳統(tǒng)煤電‘以熱定電’的難題，讓煤電機(jī)組有了靈活調(diào)峰的‘超能力’，為全國煤電靈活性改造提供了可復(fù)制、可推廣的新模式。”國家能源集團(tuán)安徽公司黨委書記、董事長云天寶告訴科技日?qǐng)?bào)記者。
在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型正加速推進(jìn)。隨著新能源在電力結(jié)構(gòu)中的占比不斷攀升，電力系統(tǒng)調(diào)峰壓力日益加大。在此背景下，煤電成為非常重要的靈活性調(diào)峰電源。然而，傳統(tǒng)煤電機(jī)組為了滿足對(duì)外供熱需求，面臨著“以熱定電”的困局，難以靈活調(diào)峰。
“所謂‘以熱定電’，簡(jiǎn)單來說，就是指機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷必須根據(jù)實(shí)時(shí)供熱需求來決定。”國家能源集團(tuán)安徽公司宿州電廠董事長吳德偉解釋，為了保證向周邊工業(yè)區(qū)或居民區(qū)持續(xù)、穩(wěn)定供熱，機(jī)組必須維持較高鍋爐負(fù)荷，從而必須產(chǎn)生相應(yīng)電量。
這種強(qiáng)制聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行模式，導(dǎo)致機(jī)組無法根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)需求靈活地調(diào)節(jié)發(fā)電量：在供熱需求大時(shí)，即使電網(wǎng)不需要那么多電力，機(jī)組也不能減少發(fā)電；反之，在電網(wǎng)需要更多電力支撐時(shí)，如果供熱需求不足，機(jī)組也無法有效提升發(fā)電能力。
為破解這一難題，國家能源集團(tuán)于2022年啟動(dòng)“基于熔鹽儲(chǔ)熱的煤電靈活性關(guān)鍵技術(shù)研究及示范應(yīng)用”項(xiàng)目，旨在通過熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)，大幅提升能源綜合利用效率，有效解決煤電機(jī)組在深度調(diào)峰、頂峰發(fā)電與穩(wěn)定供熱之間的多重矛盾。
“熔鹽儲(chǔ)熱是一種新型儲(chǔ)能方式，具有轉(zhuǎn)化效率高、能量密度大、運(yùn)營成本低等優(yōu)勢(shì)。”國家能源集團(tuán)新能源技術(shù)研究院儲(chǔ)能技術(shù)研究中心負(fù)責(zé)人金翼介紹，熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)的引入，相當(dāng)于為傳統(tǒng)煤電機(jī)組外接了一個(gè)“儲(chǔ)熱寶”，在機(jī)組調(diào)峰壓力較小時(shí)，熔鹽儲(chǔ)熱裝置會(huì)利用機(jī)組的富余熱能來加熱熔鹽，將熱能儲(chǔ)存在高溫熔鹽罐中，相當(dāng)于提前把熱存起來；等到調(diào)峰壓力較大、需要機(jī)組全力發(fā)電時(shí)，裝置便釋放儲(chǔ)存的熱能，接手供熱任務(wù)，從而支撐機(jī)組滿負(fù)荷發(fā)電。
攻克多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)
技術(shù)路線確定后，選擇何種熔鹽作為儲(chǔ)熱介質(zhì)，成為項(xiàng)目實(shí)施的首要課題。熔鹽種類繁多，如氟化物、氯化物、硝酸鹽等，其適用的溫度范圍也各不相同。“經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)硝酸鹽的整體溫度范圍最符合火電機(jī)組的運(yùn)行要求。”國家能源集團(tuán)新能源技術(shù)研究院儲(chǔ)能技術(shù)研究中心總工程師丁濤說，“在此基礎(chǔ)上，我們通過深入比選發(fā)現(xiàn)，由三種硝酸鹽混合配制的‘三元鹽’工作溫度范圍為190℃至450℃，恰好覆蓋了當(dāng)前供熱機(jī)組的典型運(yùn)行溫度區(qū)間，因而被確定為最終選擇。”
在完成熔鹽選型的基礎(chǔ)上，國家能源集團(tuán)新能源技術(shù)研究院從理論設(shè)計(jì)、控制、應(yīng)用三個(gè)層面系統(tǒng)推進(jìn)，攻克了系統(tǒng)集成與協(xié)同控制中的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
該項(xiàng)目在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上提出創(chuàng)新方案，采用“主蒸汽+熱再蒸汽+四抽蒸汽”三路協(xié)同抽汽方式，實(shí)現(xiàn)蒸汽在換熱后直接供熱，達(dá)成能量的梯級(jí)利用，儲(chǔ)放熱系統(tǒng)整體效率高達(dá)83.4%。這打破了傳統(tǒng)煤電機(jī)組“以熱定電”的運(yùn)行限制，首次實(shí)現(xiàn)吉瓦時(shí)級(jí)別大規(guī)模熔鹽儲(chǔ)熱。在協(xié)同控制方面，項(xiàng)目首次開發(fā)了煤電耦合熔鹽儲(chǔ)熱仿真平臺(tái)，形成了聯(lián)合協(xié)調(diào)控制技術(shù)，為系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
“安全是熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)長期可靠運(yùn)行的根本前提。我們以‘本質(zhì)安全’為核心理念，將安全設(shè)計(jì)貫穿于項(xiàng)目研發(fā)全周期。”國家能源集團(tuán)安徽公司宿州電廠熔鹽儲(chǔ)熱項(xiàng)目技術(shù)主管廖世偉說。
比如，在設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐時(shí)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)以“防泄漏”為首要原則，采用外置式加熱循環(huán)系統(tǒng)，使罐體本身幾乎不設(shè)開口，從結(jié)構(gòu)上徹底消除泄漏風(fēng)險(xiǎn)；在為罐體打地基時(shí)，團(tuán)隊(duì)更是層層設(shè)防，鋪設(shè)多層特種陶粒與耐火磚，仿佛為巨罐墊上“隔熱墊”，并通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)確保地基均勻密實(shí)，有效防止罐體傾斜。
熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)投運(yùn)后，宿州電廠煤電機(jī)組發(fā)電負(fù)荷的“頂尖峰、壓低谷”能力大幅提升，在保證最大供熱量連續(xù)供熱5小時(shí)的情況下，機(jī)組深度調(diào)峰的最低發(fā)電負(fù)荷可降低至30%；在需要頂尖峰100%額定發(fā)電負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)提供的供熱蒸汽可連續(xù)供熱4小時(shí)。
“熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)建設(shè)成功，不僅解決了機(jī)組調(diào)峰與供熱之間的矛盾，推動(dòng)了煤電機(jī)組向支撐性、調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)型，還有助于消納電廠周邊區(qū)域的棄風(fēng)棄光電量。”吳德偉告訴記者，經(jīng)測(cè)算，該系統(tǒng)每年可提升新能源消納能力約1.28億千瓦時(shí)，減少碳排放約8.5萬噸，預(yù)估年合計(jì)收益約4500萬元。
同時(shí)，該項(xiàng)目投產(chǎn)后，每年可增加供熱能力220萬噸，最大供熱能力提高到原有的173%，可滿足當(dāng)?shù)?0多家企業(yè)用熱需求，實(shí)現(xiàn)供熱收入大幅增加。同時(shí)，項(xiàng)目還能促進(jìn)產(chǎn)業(yè)集聚，為安徽北部吸引優(yōu)質(zhì)企業(yè)入駐創(chuàng)造有利條件。
云天寶說，宿州電廠“煤電+熔鹽”儲(chǔ)能項(xiàng)目以熔鹽為媒，架起了煤電與新能源協(xié)同發(fā)展的橋梁。隨著技術(shù)的持續(xù)迭代與推廣，熔鹽儲(chǔ)熱未來將在構(gòu)建清潔低碳、安全高效的新型能源體系和新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮更大作用。
“基于宿州電廠‘煤電+熔鹽’項(xiàng)目研發(fā)的耦合煤電機(jī)組的大容量熔鹽儲(chǔ)熱關(guān)鍵技術(shù)，目前已經(jīng)在國家能源集團(tuán)廊坊熱電、荊州熱電等火電廠推廣應(yīng)用，大幅提升了現(xiàn)有煤電機(jī)組的響應(yīng)速度和靈活性。”金翼說，“同時(shí)，我們正在申報(bào)國家煤炭清潔高效利用重大專項(xiàng)，力爭(zhēng)為新一代煤電關(guān)鍵技術(shù)研究和新型電力系統(tǒng)建設(shè)貢獻(xiàn)國能智慧和核心技術(shù)解決方案。”
電力
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