日前,全国首个熔盐储热替代电化学储能科技示范工程项目在国家能源集团安徽公司宿州电厂正式开工。据了解,该项目也是目前世界最大煤电机组耦合熔盐储热项目,项目采用高低温双罐熔盐储能系统,利用燃煤机组抽汽加热熔盐技术,以满足热电联产机组热电解耦及深度调峰运行灵活性要求。
经测算,该项目可使宿州电厂2台35万千瓦供热机组顶尖峰达到最高发电额定负荷,满足220吨/小时供汽量运行4小时和36吨/小时最大供热量连续供热9小时要求,在连续保障工业供汽的同时,可增加深调能力至30%额定负荷以下,带供热条件下的发电机组最高负荷也可由80%提升到100%额定负荷,将全面提升供热机组尖峰发电能力。通过技术应用,该项目每年可减少约6万吨标煤使用量,降低碳排量约8.5万吨。
熔盐,熔盐是在标准温度和压力下为固体但由于温度升高而进入液相的盐。即使在标准温度和压力下通常也是液体的盐通常称为室温离子液体,尽管从技术上讲熔融盐是一类离子液体。常见的例如碱金属、碱土金属的卤化物、硝酸盐、硫酸盐的熔融体。
从产业链来看,熔盐的主要成分为硝酸钠、硝酸钾盐,是较为常见的化学材料,目前国内熔盐供应和化盐服务较为成熟。同时,熔盐储热系统中还需配备熔盐泵、熔盐罐、蒸汽发生器、保温材料、玻璃等关键设备,以防止熔盐冻堵,因此一次性投资规模较大。经过光热发电配储市场培育,熔盐储热产业链发展较为成熟。若市场需求进一步扩大,产业链投资成本有望下降。
熔盐是金属阳离子和非金属阴离子所组成的熔融体。能构成熔盐的阳离子有80余种,阴离子有30余种,组合成的熔盐可达2400余种。由于金属阳离子可有几种不同的价态,阴离子还可组成不同的络合阴离子,实际上熔盐的数目将超过2400种。熔盐储能作为高安全、大容量、低成本、高可靠、长寿命、易回收的新型储能技术形式,正在逐步被电力系统中“源、网、荷、储”各环节所采纳应用,熔盐行业的市场规模不断提高。
市场发展方面,相关数据显示,2021年新增光热装机容量较小,整体累计装机容量与2020年相同,累计装机容量为538MW。据CSPPLAZA(光热发电网)相关资讯,自2022年开始,光热发电行业招投标加速。从供暖市场应用来看,熔盐储能在电力供给盈余或电力需求低谷时主动将电力以热能的形式储藏起来,在电网需要时再将热能转化为电能,从而实现削峰填谷、系统调频的作用,为电力供给提供弹性。就市场前景而言,据住建部数据,2017-2021年中国集中供热市场不断增长,2021年集中供热面积达到106.03亿平方米,集中管道长度增长至46.15万公里。
从全球储能行业装机情况来看,根据CNESA数据,截至2021年底全球已投运储能项目的累计装机量达203.5GW,同比增长6.5%,2021年全球储能装机增速加快。国内市场方面,据统计,2021年中国储能装机容量达到43.4GW,同比增长21.9%,占全球累计装机容量的21.3%。
我国熔盐行业在单盐方面质量指标达标,且生产能力强,但行业普遍对二元盐工艺、指标认识不足,对开发多元盐的热情不足。同时,受制于企业技术和配套等问题,目前为瓶颈期或阵痛期,压力很大。而在近年来的储能应用方面,熔盐储热系统存在的最大问题和技术难点就是熔盐的凝固点较高,致使电站在运行过程中很容易出现“冻管”现象。同时,行业对熔盐杂质含量的合理控制及对性能的影响机制还有所欠缺。由于硝酸钠、硝酸钾的纯度对熔盐储热材料的使用性能至关重要,杂质存在将降低材料的使用寿命,可能会出现结垢以及对设备的腐蚀。
根据中研普华产业研究院发布的《2024-2029年中国熔盐行业深度调研及发展研究报告》显示:
熔盐不像水溶液那样需要支持电解质,具有离子熔体、广泛的使用温度范围、低的蒸汽压、体积热容量、相变潜热大、较高的溶解能力、较低的粘度、稳定的物理化学性质、大分解电压等特性。熔盐凭借不可比拟的优势,被广泛应用于材料制备、能源、生物工程等领域。
熔盐储能装机容量方面,全球及中国熔盐储能累计装机容量处于上升态势,但是新增装机容量小于电化学储能及抽水蓄能,因此整体占比呈现下降态势。据CNESA数据,2021年全球熔盐储能累计装机容量占比下降至1.60%,国内累计装机容量下降至1.20%,国内市场占比降幅大于全球。
从熔盐储能产业链竞争情况来看,整体市场参与企业众多。产业链上游方面,目前国内熔盐供应和化盐服务较为成熟,代表企业包括盐湖股份、河北矿井新能源、新疆硝石钾肥有限公司,玻璃相关代表企业主要有金晶科技、洛阳玻璃;产业链中游关键设备代表企业:1)熔盐罐,蓝科高新、蓝星化工等,2)熔盐泵,兰州兰泵、济南华威等,3)蒸汽发生器,西子洁能、上海电气、金通灵等;产业链下游储能EPC行业包括特变电工、华西能源、中国电建、中国能建等。
熔盐产品目前组成成分主要为硝酸钠和硝酸钾,对于已具备生产能力的硝酸盐供应商而言,行业进入壁垒比较低。根据国际光热熔盐供应经验,成熟的光热熔盐绝不等同于传统硝酸盐供给,光热企业投资方将更看重供应商熔盐商业运行经验,能够提供低成本、高性能、优质服务的熔盐企业将引领行业发展,将在行业飞速发展带来的受益。
国内熔盐厂商基本都从传统化工厂商脱胎而来,当前中国的光热发电市场尚不足以吸引国内众多的化工厂商向光热熔盐产品领域迈进,未来光热发电的大市场启动后,在较短一段时间内,就将涌现一定数量的熔盐产品供应商。
熔盐是一种低成本、长寿命、传热储热性能好的高温、高热通量和低运行压力的传热储热介质。采用熔盐作为光热发电的传热和储热工质,可显著提高光热发电系统的热效率、系统的可靠性和经济性,帮助光热发电站实现持续稳定运行。储热作为光热发电技术的核心竞争力,在全球范围内,当前在建的和计划开发的光热电站正越来越多地采用熔盐传热储热技术,未来的熔盐用量将进一步增加。
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