双碳战略下的高温热储能技术与应用报告-北京大学（杨荣贵）_53页_4mb

高温热储能在双碳战略下的应用与发展

背景

全球变暖与碳排放问题日益严峻，高温热储能技术被视为实现碳达峰、碳中和的重要减排工具。中国火电占比高、能源结构调整需求迫切，亟需大规模、长时储能技术支撑可再生能源并网。该技术通过热能存储实现电网灵活性调节、火电灵活性改造及与新能源耦合，具有储能能量密度高、成本优势显著等特性。

储能技术概述

熔盐融热储能技术

• 优势

  • 高温特性：工作温度400°C~600°C，适用于超临界火电机组（>580°C）。
  • 灵活性：不受地理限制，储能时长可达数小时至千小时，储热容量可达~1.2GWh。
  • 经济性：成本约15-50美元/kWh，显著低于锂电池（190-280美元/kWh）。

• 挑战

  • 硝酸盐基熔盐易分解（分解温度<600°C）；
  • 毛基熔盐高温腐蚀性强（需惰性气氛保护）；
  • 传热效率受介质选择（粘度、导热率）和设备设计限制，需优化熔盐配方与换热器结构。

单质硫热储能技术

• 优势

  • 蒸气压低、化学稳定性强（0°C~380°C）、储能成本极低（~1000元/吨）。

• 挑战

  • 高温腐蚀性（单质硫对不锈钢年腐蚀速率>100mm）；
  • 工业纯硫粘度高（100~1000mPa·s），流动与传热受限；需掺杂调控长链解聚，开发耐腐蚀材料。

技术对比与应用场景

技术对比

应用领域

1. 光热发电与长时储能

   • 熔盐储热提升光热电站储能时长（4~8小时），与超临界机组耦合增强电网稳定性。
   • 示例：单槽熔盐储热系统容量达1GWh，二氧化碳排放降低显著。

2. 火电灵活性改造

   • 耦合“再热蒸汽抽汽+熔盐储热”实现机组负荷调节（24.3~105.1%），储热往返效率达87.1%。
   • 通过代替锅炉的调峰电厂（热泵+电加热联用），循环效率可达56%，成本较抽水蓄能低30%。

系统优化与未来方向

关键优化

• 材料调控：熔盐开发低分解温度配方，单质硫粘度调控及耐腐蚀合金研发。
• 设备设计：静态/模块式储热单元提升安全性，管壳式换热器优化降低体积与压力损失。

研究重点

• 机理研究：硝酸盐分解反应动态过程、硫化物腐蚀动力学机制。
• 新方法探索：原位在线检测技术、气分压调控增强熔盐稳定性；开发低成本耐热复合材料。

结论

双碳战略下，高温热储能以其经济性、灵活性及与火电、可再生能源的协同潜力成为核心减排技术。未来需重点突破材料兼容性、传热效率及系统集成瓶颈，通过多技术融合发展实现规模化、低成本的“热能互联网”建设。