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新型储能政策落地,储热产业如何借势发力?

日期:2021-11-22    来源:太阳能光热联盟  作者:董清风

国际储能网

2021
11/22
17:36
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关键词: 储热技术 储热材料 熔盐储能

为实现碳达峰、碳中和,努力构建清洁低碳、安全高效能源体系,2021年7月23日,国家发改委、国家能源局联合发布了《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,文件显示,到2025年,我国要实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变,到2030年,要实现新型储能全面市场化发展。新型储能成为能源领域碳达峰、碳中和的关键支撑之一。

新型储能政策的落地,给氢储能、光热熔盐储能、电池储能等产业带来重大利好。特别是已经在商业化太阳能热发电站中进行了大规模应用,自带高安全、低成本、高可靠、长寿命的熔盐储热技术引发了新能源业界的高度关注。

储热技术和材料

储热技术是以储热材料为介质将太阳能光热、地热、工业余热、低品位废热等热能储存起来,在需要的时候释放,力图解决由于时间、空间或强度上的热能供给与需求间不匹配所带来的问题,最大限度地提高整个系统的能源利用率而逐渐发展起来的一种技术。

目前,主要有三种储热方式,包括显热储热、潜热储热(也称为相变储热)和热化学反应储热。

表:三类蓄热系统特点比较(来源:CNESA)

应用场景

在我国,应用最广泛的是清洁供暖储热。在北方,清洁供暖一直是冬季大事,当前清洁供暖已经成为主流。如何储热并有效释放,成为很多企业的首选攻关目标。国内储热企业多数也从此起步。像思安新能源科股份有限公司开发的“高效能固体储热系统”的系统运行安全可靠,储放热效率达到93.6%。

图:思安新能源的高效能固体储热系统

此外,应用广泛的还有一个领域是光热电站储热(能)。虽然光热电站的度电成本超过光伏,但是配备储热系统则可以有效降低光热电站的成本。近日,亚洲开发银行拟与土库曼斯坦合作开发熔盐储能太阳能光热与燃气混合发电项目。根据其测算,利用熔盐储热系统的蓄热成本可低至2美分/kWh,而目前太阳能光伏+电池储能1~4小时是最佳选择,其储能成本约为5~10美分/kWh。

浙江可胜技术股份有限公司董事长金建祥以德令哈市为例,分别利用光伏+电池、光伏+抽水蓄能、光伏+塔式光热三种技术路线来设计年发电量为400GWh/年的“发电+储能”系统并进行对比。(对比条件:要求满足早高峰8:00-11:00和晚高峰17:00-22:00共计8小时67.64MW,平段11:00-17:00为47.35MW(70%),以及谷段22:00-次日8:00的27.06MW(40%)的用电曲线需求。系统设计使用年限为25年,资本金内部收益率为10%。)

来源:浙江可胜技术股份有限公司

根据国家太阳能光热产业技术创新战略联盟发布的《中国太阳能热发电及采暖行业蓝皮书2020》显示,截至2020年,我国并网的太阳能热发电累计装机容量达到 538MW(含兆瓦级以上规模项目,其中,首批太阳能热发电示范项目并网容量达到 450MW,共7座),其中配置的熔盐储能时长短则6小时,长则15小时,随着各项目运行性能不断提升,储能优势明显。

表:我国太阳能热发电累计装机容量(来源:《中国太阳能热发电及采暖行业蓝皮书2020》)

从这两项重要应用场景拓展,储热价值现在已经扩展到工业蒸汽、火电厂灵活性改造等市场。在解决弃风弃光、促进可再生能源消纳,参与电网调峰、负荷侧调节等电力辅助服务市场,以及综合能源服务等市场表现良好。

储热技术在电供暖、工业蒸汽、余热回收等热能利用市场,还拥有储电技术无法参与的应用场景。英国皇家工程院院士、英国伯明翰大学储能研究中心主任丁玉龙曾表示,在中国每年消耗的约40亿吨标煤的能源中,超过50%被浪费掉了,其中大部分是以余热的形式排放到环境中,支撑中国经济发展的部分能源需求可以通过采用节能技术提高能源利用效率来解决,储能特别是储热技术在未来节能增效方面的作用不可小视。

从太阳能热发电到清洁供暖,熔盐储热优势明显

熔盐是理想的中高温储热介质,已在太阳能热发电、清洁能源供暖中得到了大容量长期应用;熔盐储热还能在火电厂灵活性改造、熔盐储能热电联供系统、多能互补综合能源储能、间歇性余热利用等方面发挥重要作用。

金建祥表示,“光热采用的熔盐储能非常安全且资源丰富,同时,热储能的寿命非常长,可以跟抽水蓄能媲美。”

国家能源集团北京低碳清洁能源研究院院长卫昶认为:事实上,在太阳能领域,由光转换为热的效率远比光转化为电更高,如何将太阳能以热的形式储存起来,直接用于对高品质热有较大需求的领域,或许是未来值得重视的技术创新领域。

2021年6月,杭州锅炉集团股份有限公司“基于太阳能光热电站的熔盐储能技术经过了多年的稳定运行,并有相关的专利技术”发布公告显示,拟以自有资金出资1200万元投资设立全资子公司杭州西子零碳能源有限公司,西子零碳能源拟投资建设西子航空零碳智慧能源中心源网荷储一体化示范项目。杭锅股份表示,该项目建成后将作为储能市场工程示范,为储能市场拓展奠定基础。调研中,在被问及“熔盐储能和现在主流的锂电池储电相比有什么优势”时,杭锅股份表示,熔盐储能并不是去取代其他储能方式,未来肯定是多种储能方式并存,熔盐储能最大优势是成本和安全性,未来的应用场景主要是工业园区的供暖、供电,燃煤电厂的改造等。

上海电气集团股份有限公司中央研究院技术总监张艳梅在会议报告中指出,熔盐材料具有“四高三低”的优势,使储热系统具有适用范围广、绿色环保、安全稳定等优点,是目前大规模中高温储热技术的首选,可广泛应用于火电灵活性改造、清洁供热、可再生能源消纳等领域。

表:上海电气单/双罐熔盐储热系统相关参数

此外,目前由北京市热力集团有限责任公司在北京丰台区投建的熔盐蓄热产业化推广研究与示范项目正在积极推进建设。据悉,该项目将建设8MW熔盐储能装置一套。主要配置高/低温熔盐储罐、熔盐加热系统、蒸汽发生系统、智慧控制系统等设备,系统建成后将直接为北京西站地区供应饱和蒸汽。该项目已申请绿电补助,建成后单吨蒸汽成本可低至119元/吨。

在研发方面,由北京市科学技术委员会立项,北京市、昌平区两级经费支持,启迪清洁能源旗下企业——华业阳光作为承担单位的“百兆瓦级电力高效利用低温熔盐蓄热系统研制”课题成功于近期通过验收。为配合低温熔盐蓄热系统研制工作的顺利开展,华业阳光在河北省石家庄绿朗时光采暖项目中成功应用了低温熔盐蓄热系统+多能互补技术,项目运行至今,系统工况稳定,采暖效果良好。同时,通过绿朗时光示范项目近3年的实际应用,整个熔盐系统的热效率约在92%以上,较天然气供暖可节约成本约50%以上,供热效果得到用户的一致认可。

图:河北省石家庄绿朗时光采暖项目现场

熔盐储热系统作为热储能技术皇冠上的明珠,经过多年发展,不断突破并趋于成熟,也迎来了发展良机。

价值即未来

在清洁供暖领域,储热技术已经实现了广泛应用,且实际效果与运行成本在众多供暖技术路线中占据优势;在工业用热领域,在峰谷电价等配套政策较好的地方,储热电锅炉应用于工业蒸汽领域,成本已经可以与燃气相当;在高温发电领域,多个配套长时间低成本熔盐储热技术的光热发电项目已投入运行;在火电灵活性改造方面,两批国家试点项目中有一半以上采用了储热相关技术路线;在源网荷储一体化和多能互补综合能源服务项目开发中,储热更是不可或缺。

经过近几年的发展,我国储热技术已经具备了产业化发展的基础。正如国家电投集团科学技术研究院储能技术研究所副所长白宁在会议演讲时表示,未来灵活性电源、需求侧响应能力的建设是一个持续的且必要的巨大需求,储热是大规模储能的一种,必须参与。目前,储热(冷)技术在火电灵活性改造、需求侧管理措施、可再生能源消纳及其他形式的应用具有重要的作用。随着储热应用技术的进步,成本的进一步降低,其布局灵活、能量效率高、规模大等优势将不断凸显。

2021年4月,国家能源局向各省市印发《关于报送“十四五”电力源网荷储一体化和多能互补工作方案的通知》,这两个一体化发展政策的出台将为储能发展带来更多机遇,推动更多储热技术应用。在2021年4月21日,国家发改委意见稿中将储热删除之后,太阳能热发电行业唯一国家级产学研用相结合的技术创新合作组织,国家太阳能光热产业技术创新战略联盟第一时间组织相关院士、专家学者和企业界代表进行充分研讨,经过多轮征询,联合中国可再生能源学会太阳能热发电专委会和储能专委会共同盖章,及时递交了包括“增加‘高安全’、‘储热’等内容”的反馈意见。正式文件的公布,重新将储热列入,对储热产业起到重要的引导作用。

随后,2021年7月29日,国家发展改革委发布《关于进一步完善分时电价机制的通知》提出:优化分时电价机制,充分发挥市场决定价格作用,形成有效的市场化分时电价信号。业界认为,峰谷价差套利是储能产业最广泛和最重要的商业模式,进一步拉大尖峰电价,无疑是对储能产业发展起到至关重要的作用。

2021年8月10日,国家发改委、国家能源局正式发布《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》。文件明确,为鼓励发电企业市场化参与调峰资源建设,超过电网企业保障性并网以外的规模初期按照功率15%的挂钩比例(时长4小时以上)配建调峰能力,按照20%以上挂钩比例进行配建的优先并网。专家认为,太阳能热发电在长时间储能方面的竞争力恰恰要大于短时间储能,4小时被认为是光热储能和电化学储能竞争的一个临界点,超过4小时,光热储能的竞争优势将开始大于电化学储能,8~10小时储能配置的光热电站在系统经济性上一般将可以达到最优。

有数据表明,热能占终端能源的消费需求高于50%,也就是说,储热的价值和发展空间并不比储电小。国际可再生能源署(IRENA)于2020年发布的储热专项报告《创新展望:热能存储》指出,当前全球约有234GWh的储热系统正在发挥着重要的灵活性调节作用。到2030年,全球储热市场规模将扩大3倍。在未来10年,储热装机容量将增长到800GWh以上,储热市场发展的浪潮不可阻挡。而在这一系列政策的支持下,大规模储热供热发展有望迎来机遇。

对于太阳能光热企业而言,在新型储能全面市场化发展的进程中,创新能力的提升,降本增效以及核心技术的掌控将成为产业所面临的重要课题。

为“3060”添翼,储能是新能源闭环中最重要的环节之一,具有广阔发展前景。

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