【北京大学_杨荣贵_】双碳战略下的高温热储能技术与应用报告_54页_3mb

双碳战略下的高温热储能技术与应用总结

核心内容

随着全球变暖和二氧化碳排放问题日益严重，中国提出了“双碳”战略，即碳达峰与碳中和。为实现这一目标，发展高效、低成本的储能技术成为关键。高温热储能技术因其高功率、长储能时间、低地理限制等优势，在可再生能源利用、火电灵活性改造和工业用热等领域展现出广阔的应用前景。

主要观点

• 高温热储能技术的重要性：由于太阳能和风能具有间歇性，大规模长时间储能技术是实现电网稳定的重要手段。
• 熔融盐与单质硫储热技术：熔融盐和单质硫是当前研究的主要方向，具有不同的性能优势和挑战。
• 系统耦合与应用：高温热储能技术可以与火电、新能源系统进行耦合，实现灵活的负荷调节和高效率的能源利用。
• 技术瓶颈与优化方向：熔融盐电加热器与熔盐-蒸汽换热器存在技术瓶颈，需提升电压等级、功率水平和传热效率。

关键信息

1. 研究背景

• 全球变暖与二氧化碳排放密切相关，中国是碳排放总量最大的国家，电力与工业排放占主体。
• 火电仍占全国发电量的70%，但未来需向保障性和调节性电源转型。
• 可再生能源如风能和太阳能的间歇性对电网稳定性构成挑战，需要储能技术的支持。

2. 各类高温热储能技术对比

• 液体显热储能：具有较高的传热速率和成本效益，但需要大规模系统维持介质循环。
• 固体显热储能：传热速率较慢，但系统构造简单，成本低。
• 单质硫储能：具有高热稳定性、低成本和低熔点，但存在粘度高和腐蚀性强的问题。
• 熔融盐储能：粘度低、热稳定性好，但高温易分解，需控制气氛以提高稳定性。

3. 熔融盐热储能技术

• 太阳盐：工作温度范围为240-565°C，适用于亚临界蒸汽机组，但高温易分解。
• Hitec盐：高温不分解，适用于超临界机组，但熔点高且高温腐蚀性强。
• 熔盐电加热器：存在提高电压等级的同时传热性能下降的问题，需开发新型电加热器。
• 熔盐-蒸汽换热器：需开发精准设计模型以应对超临界蒸汽的剧烈物性变化，提高换热效率。

4. 单质硫热储能技术

• 优势：成本低、热稳定性好、熔点低，适合大规模储能。
• 挑战：高温腐蚀性强，粘度高，限制其流动性和传热效率。
• 研究进展：通过合金设计和掺杂技术调控粘度与腐蚀性，开发低粘度掺杂硫储热材料。

5. 系统耦合与应用

• 火电灵活性改造：基于再热蒸汽抽汽与熔盐储热的耦合方案，可拓展机组负荷调节范围，提升储能往返效率。
• 调峰电厂：使用高温热储能系统取代锅炉，提升灵活性和效率，具备成本优势。
• 新能源系统：通过电加热和热泵联合储热，实现高效调峰和冷能利用。

技术发展趋势

• 熔盐储热技术：需进一步研究硝酸根-亚硝酸根的相互转化、氧化物生成反应和氮气生成反应，提高高温稳定性。
• 单质硫储热技术：需优化粘度调控与抗腐蚀材料设计，提升其在高温下的应用性能。
• 系统优化：开发高效换热器和电加热器，提升储能往返效率和系统经济性。
• 模块化与分布式：模块化静态储热系统具有分布式、撬装等优势，适合多种应用场景。

实验与测试结果

• 传热速率对比：流动液体熔盐的传热速率最高，自然对流次之，固体热传导最慢。
• 高温稳定性实验：太阳盐在565°C以上开始分解，Hitec盐在氮气保护下更稳定。
• CFD模型：离散单元模型可提升计算速度，误差控制在±3%以内，适用于大规模换热器设计。
• 实验验证：测试平台与实验数据吻合良好，验证了熔盐电加热器与换热器的可行性。

结论

高温热储能技术在双碳战略下具有重要地位，尤其在火电灵活性改造、新能源调峰和工业用热方面展现出巨大潜力。未来研究应聚焦于提升熔盐高温稳定性、优化单质硫性能、开发高效换热与加热系统，以及推动模块化和分布式应用，以实现经济、高效的能源调度与利用。