储热技术在新型电力系统中的作用及发展潜力

韩伟西安热工院储能技术领军人才储能技术研究所副所长

非常感谢，也感谢咱们华北电力大学提供这么一个平台，可以让我们在这上面交流一下储能技术在新型电力系统中能够起到的相关作用。

(资料图片)

刚才孙老师主要从电化学储能方面对新型电力系统的支撑做了讲解，我这里主要还是从储热的角度讲解一下储热技术在新型电力系统当中的作用以及未来巨大的发展潜力。

首先说一下背景，还是针对我们国家3060目标，我们国家正在向低碳化、高比例可再生能源系统方向转型发展。也有很多的研究预测我们国家未来发展状况大概比如说在2060年实现碳中和以后，能够实现的装机比例可再生能源比我们这些基础性的电源大概是4：1的比例，在这个比例当中，核电也占据大概接近三分之一的比例。但实际上从各种电源形式的发电曲线来看，像风电、光伏波动性的能源是非常剧烈的，但是从核电安全性角度来说，核电他本身调节能力是非常有限的，所以剩下主要的调节能力来自我们未来仅存不多的火力发电机组以及配套的储能设施，所以这块我们说火电装机未来的角色转型向着调节性的和保障性的两个方向去发展。

从调节型的角度来说，现有火电机组的调节能力以及开发殆尽，未来我们认为和储热技术结合，可以大幅度提升火电机组的进一步提升他的调节能力。

我们说一下目前国家面临的形势，近年来我们国家针对储能出台了很多的政策，基本上很多地区大概比如说25%四个小时，这是相对储能容量比较大的。在这个之前基本上10%到20%乘以2个小时这样的规模。在这种情况下，我们可以从波动性能源的特性看出来，他能解决特平滑出力，但是对于高比例可再生能源系统来说，如果基础电源相对不足的情况下，我们需要更大规模储能技术，以目前的形势来看，超大规模的就是吉瓦级的，或者是几十个小时以上的储能技术，除了像抽蓄以及热储能以及压缩空间储能以外，基本上其他的储能形式相对还是比较匮乏的。在这个里面，储热技术，以熔盐储能为代表的这些储热技术，他已经能够实现几千兆瓦时的储能容量，这个都是完全可以实现的。我们光热电站目前使用的熔盐储能系统现有的系统已经做到接近3000兆瓦时的规模，在这个体系规模下，目前国内来说应该其他的储能技术都是相对比较匮乏的。

除此之外，储热技术和我们系统结合，是因为储热技术有一个很大的优势，总体的投资相比其他的电化学储能方式要便宜很多，目前来看国内的这些以熔盐储热为代表，我们国家热储能成本大概每千瓦时是在400元到700元之间，还有其他的可能性，我们只是说举一个相对比较典型的例子。

首先说一下热储能在新型电力系统要承担什么样的角色？第一种场景下，他可以和火电机组结合，提升火电机组的灵活性，这是热储能他现在也是应用最为广泛的一个领域。我们今年光这个方面相应火电厂，包括其他的发电企业已经有几十家企业都在做这个事情，就是要用熔盐和火电机组结合提升火电机组灵活性。在这个方面，他的结合形式就非常多，比如第一种现在最直接的就是用火电机组的电来加热熔盐系统。加热之后，熔盐系统再产生蒸气，然后供热，直接返回到发电机组发电是这两种调节方式。在这种方式下，我们也说他目前国内第一台首台套的方式是用在了我们江苏晋江电厂，这个也是我们热供院总包的一个项目，也是国内第一台已经并网运行的熔盐储热给做调温和调频的项目。在这种情况下，我们考虑如果用电直接加热熔盐，他可能会造成一个问题，大家会觉得他是一个不可逆，损失相对比较大的方式，但实际上针对现在很多调节能力不强的机组，这种方式对他来说是非常好的经济性，尤其是我们江苏地区是因为他现在两个系统的考核是非常重的，很多电厂在做调节能力不够的情况下，每年要承担几千万的考核，这个对他来说增加这么一套系统是有非常大的益处的。

在这个情况下，我们考虑怎么提高他的效率，比如说用蒸气或者用烟气加热，或者电到热的转化当中增加热泵，这是提高他效率的一种方式。像这么高工作的热泵，目前来说国内是非常稀缺的，包括国际上也是比较稀缺的。所以在这个方面来看，储热技术在未来发展过程当中可能还需要进一步提升他的效率，也有很多需要解决的技术问题。这是第一种场景。

第二种场景，我们说更进一步的，现在有很多火电机组都面临退役，在这种情况下，基本上他们可能会面临两种结局，一种是彻底拆除，整个企业就地解散。第二种方式，我们这套系统停机备用，作为国家的保障性电源，长期停机，需要有战略性保障需求的时候，或者其他的需求的时候再临时开机，目前国内也已经有不少机组正处于这种运行方式，要不是半年开一次，要不就是几年开一次，这种情况也都是存在的，所以在这种情况下，很多的机组面临的人员安置问题以及机组立救问题，这种情况下与储热系统进行结合，我们改造成卡诺电池的方式，他也能够实现储电再发电，利用现有的火电机组的发电机组，包括治水系统，在这种情况下有两个好处，一是提供大规模的储能，二是可以解决现在火电机组退役造成的，包括社会性问题、设备的问题，甚至包括我们未来国家高比例可再生能源发展之后现有这些火电行业厂家、制造商他们未来的生存和发展问题，应该说这个对我们国家来说有非常大的战略性意义，这个就是我们第二个场景。

我们储热技术还可以跟火电机组结合，提升系统的安全性、可靠性，提升他的黑启动、孤岛运行等等这些方式都可以实现，当然更常见的就是我们现在储热技术大规模应用在光热电站的领域，在这个方面我们国家从2016年到现在大概运行了十座光热电站，靠这些我们国家的熔盐储能系统总的装机容量占比已经达到了所有储能系统的1.5%，这个速度非常快，也就是意味着储热技术在未来发展过程当中他肯定有非常大的发展潜力。包括像绿电供热技术也是一种方式，目前来说有很多包括小区、园区以及接入包括熔盐蓄热、固体蓄热这些蓄热系统，实现补充供热或者用低谷供热低成本供热的绿电供热方式，很多园区目前如果说供热采用还是燃煤或者天然气，他的碳排放指标就导致他不能再接纳这些具有排放的企业，如果把他改成绿电供热的技术以后，才能够立刻引进新的企业，也是有非常大的现实意义。

我刚才讲到了这么多，储热技术他具体做上面这些事情，在整个新型电力系统中他到底起到什么样的作用？我们总结出来两个非常大的关键作用。

一是他的大规模效应，我们能够提供一个超大规模的储能中心，在这种情况下，我们利用现有包括火电机组或者直接作为可调节的负荷实现超大规模储能，这种情况下他带来的好处一是集中效应，能够给周边所有新能源系统提供大比例超大规模储能中心，他可以解决周边所有新能源企业可再生装机波动性问题。比如一台火电机组改造一下，他可能够消纳1GW的可再生能源，这种情况下能够减省二氧化碳排放大概200万吨每年，这是双方面的，一方面本身火电机组退役或者节能改造，他能够减少碳的排放。另外一个方面通过提升他的调节能力以后，能够带动我们新能源高比例上网，又能够减碳，双方的减碳目标。

另外一个重要的支撑作用，能源的安全战略保障性，刚才也说了他的保障有几个方面，第一个方面火电机组自身退役，整个设备全部得以保留，我们把锅炉不拆除，作为旁路系统，备用系统，在这种情况下一旦发生战略性的安全需求的时候，我们可以立刻重新启动，我们后续包括系统发电机组、治水系统，所有的这些系统长期在运行和维护的，人员也是在长期操作的，所以在这方面，把火电机组改造的方式，他带来的好处要比我们直接把一台机组停运，把它当做备用有更大的安全保障能力，这是第一种方式，第一个问题。

第二个刚才说到了，包括像运行人员，包括跟我们整个火电系统相关的生产厂家、人才储备也能够得到一个非常延续性的发展，为我们国家提供非常好的人才保障，我们通过这种方式以后，他能够对新型电力系统提供非常大的支撑作用。

我们也可以看到截至目前国内的情况来看，5到10年大概具有23%的机组需要退役，基本上2030年以后就会有很多的机组面临退役问题。到时候如果把它改造成一个储能系统？还是把它废弃不要？我觉得应该好好考量一下的。

卡诺电池系统来说，目前全世界相对来说还是比较有一个共识的，第一条路线都是直接用电加热熔盐这种方式，第二种方式在电加热储热设备过程当中增加一些热泵提升他的效率，中期目标比如说可逆的流动循环或者一些其他的循环方式，实现更接近我们理想卡诺循环，提升整个系统的小，这就是我们卡诺电视目前国内外的发展趋势。他的好处，一是他的规模化，另外一个低成本，还有能够为我们国家机组退役提供一个解决方案。我们说到的他与未来有非常大的发展潜力。刚才也说到如果我们把火电机组结合以后，他能够利旧的设备很多，锅炉这套系统也能够通过备用的方式实现机组可靠性和保障性的提升。还有一些设备需要进行改造提升我们整个系统调节能力，我们在这个方面需要做的工作。

我们简单做一个测算，我们把“十四五”期间，山东总共规划新能源的装机可能需要的储能容量是2050万千瓦的储能容量。在这种情况下，我们简单测算一下，在华能在山东大概装机有2993万千瓦装机，如果把它改造成储能中心，意味着即使不用上其他的储能，只有这台火电机组改造之后就可以满足整个山东“十四五”规划所有的新能源，从这种情况来看，一个区域性的储能中心还是有他非常大的优势的。

包括在灵活性方面，我们有各种各样的储热解决方案，他也有他的情况。比如说在火电机组灵活性提升的时候，我们也要跟其他的储能形式做对比，在这个过程当中，我们发现有各种各样的储能方式，比如说我用电来加热熔盐，熔盐再产生蒸气回到我们这个系统，他的系统效率大概只有40%左右，还有另外一种模式，我们用蒸气来蓄热，再把它产生蒸气，回到系统，这种方式他能够达到60%到80%，所以还有包括像其他的，比如说电需热锅炉因为他的参数相对较低，我们认为对系统整个贡献35%，这种情况下，如果只是用来做调频，我们也做过一些基本测算，可以看出电化学储能或者其他的储能技术大家还是有各种可竞争的地方，但是在提升效率之后，比如说用蒸气蓄热的方式几乎没有其他储能技术可以和储热技术度电成本进行一个比拼。这个是在调频这个领域说的。

还有其他的运行模式，比如说我们用储能系统实现新能源弃电回收或者把它作为独立的储能电站，实现较长储能时长的储能，在这种情况下都可以看出储热技术在充能过程当中如果成本相对较低的情况下，目前有非常强的竞争优势，但是如果在充热成本相对较高的情况下，我们还是需要尽量提升储热系统效率，让他有更强的竞争力，这个就是我们在多种对比情况下也可以看出储热技术和其他储热技术的一个比拼方式。并不是我们储热技术就能够解决所有的储能需求的问题，我们只是针对一些专门的一些场景有他自己的应用方式，并不是说真的就是能够替代全部的储能方式，未来我们认为储能在电力系统方向上的应用，他是一个多元化的，不局限于储热，也不局限于抽蓄，也不包括像电化学储能这些方式。

举一个简单的例子，比如说我们现在把一台火电机组改造成一套卡诺电池，他就会面临很多非常现实的问题，因为一般情况下火电机组距离城市的距离相比较新能源电站可能要近很多，在这种情况下，很多种接入方式，一种直接从新能源电站拉线过来，拉到我们这里来，这是一种方式。另外一种方式，可能需要通过电网把电导入到整个系统当中，这两种模式牵扯到我们在经济性测算过程当中也有相应的不同之处。一是直接拉的话，投资肯定是要增加很多，但是如果从电网走，有可能需要支付一些过网费用，这个是他的两种方式。

这种系统计算中，我们非常推荐采用一种逐时仿真的方式，逐时对整个发电系统进行计算，因为我们面对生产经营的一个模型是非常复杂的，这个就是我们找到的比如说某个地区他全年的一个实时交易的数据，这个交易看到他是非常杂乱无章的，低的时候能够有负8分的电价，高的时候有一块三毛多的电价，但是他是没有非常能够让我们按照估算的方式简单估算规律的，所以在这种情况下，我们针对这种系统还是要做一个时序的仿真计算。计算之后，我们能够看到一个储热系统在和火电机组结合以后他能够实现的调峰和调频模拟，当然因为他把火电机组调节能力提升了，他对整个电网支撑也是会有非常大的支撑，当然在这个过程当中，我们确实要看到怎么去运行这样一个系统。比如说有的时间我们可以电网对我们削峰的需求，有顶峰的需求，有的时候我们把热储到储热系统当中，我们也要释放出去，我们就需要火电机组进一步给我们自己储热这部分进行一个调峰，实现热能的一个释放。这些方式对于我们储能系统来说只有通过时序的仿真计算才能够获得这么一个精细化的运行模式，当然在增加储热系统之后，火电机组的运行肯定也会相对的更加复杂，这就是为什么现在很多火电企业正在寻求增加储热系统提升他的灵活性的，还是喜欢用直接电加热储热系统，直接产生蒸气来供热，包括比如说前一些年东北地区很多企业都在做电蓄热锅炉，这几年我们正在上的好多电蓄热熔盐，后来调频调峰这种方式都是走的电加热方式，主要是他的系统运行比较简单的方式，当然未来我们肯定是要奔着高效率的方式发展的，包括蒸气蓄热、增加热泵等等这些领域都会逐步走上历史的舞台。

综上这些来说，我们简单介绍一下华能在这个方面得做的工作。首先，针对用熔盐结合火电机组调峰调频这个领域，目前我们有国内首台套的示范项目已经在运行，目前也是唯一一个，包括我们刚才说的卡诺电池等等这些新的技术，目前也都在正在布局。包括像这里面的关键技术，比如高电压加热器，包括像自主开发的可调负载以及其他的关键技术，目前也都已经基本掌握，我们自己专门搭建了一套兆瓦级的熔盐储能测试平台，未来希望把它开发成一套标准化测试平台，为我们国家这些新型，包括像熔盐储能或者其他的储能他的技术推广以及他的标准化提供我们的技术支持，我们在这个方面做了很多的工作。包括很多示范项目，目前也都已经逐步开展前期的工作，像刚才说的晋江都已经实现并网运行，这个就是我们在这个方面做的工作。

还有一个优势，我们自己华能集团内部掌握着非常大规模的火电机组，未来火电机组具有很大的潜力去把它们都开发成区域性的储能中心，基本上我们说储热技术在整个火电领域，包括我们整个新型电力系统领域他的支撑作用，我们认为还是非常的强大的，而且也有非常大的应用潜力。

以上就是我今天主要介绍的内容，谢谢大家。