熔鹽儲熱技術應用淺析

摘 要：在全球能源結構轉型與“雙碳”目標的推動下，熔鹽儲熱技術憑借其高儲熱密度、長壽命和低成本等優勢，成為解決可再生能源波動性與電網調峰需求之間矛盾的關鍵技術之一。鑒于此，系統分析了熔鹽儲熱的技術原理、分類及其在光熱發電、工業供熱、燃煤電廠調峰調頻等領域的應用前景，通過典型案例研究，驗證了熔鹽儲熱在提升火電靈活性，促進余熱回收及實現光熱電站連續發電方面的顯著成效，希望能助力“雙碳”目標的實現。

關鍵詞：熔鹽儲熱；光熱發電；工業余熱回收；燃煤電廠調峰調頻；碳中和

中圖分類號：TM621" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）07-0086-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.07.022

1" " 應用背景

在全球能源結構轉型與“雙碳”目標的驅動下，可再生能源（如風電、光伏）的滲透率快速提升，到2030年，風電、太陽能發電總裝機容量將進一步達到12億kW以上[1]，風光電力將面臨前所未有的消納壓力，其發電的間歇性與不穩定性也對電網調峰能力提出了更高要求。傳統火電機組在深度調峰（負荷低于30%）時存在效率低、成本高、安全性差等問題，特別是三北地區以熱定電的生產模式大大降低了機組運行的靈活性，使其難以參與電網的深度調峰，造成大量的風光棄電[2]。同時，工業供熱、余熱回收等領域對高效儲熱技術的需求日益迫切。在這一背景下，熔鹽儲熱技術憑借其高儲熱密度、長壽命、低成本及環境友好性，成為解決能源供需時空錯配問題的關鍵技術之一[3]。

熔鹽儲能是全球第三大儲能模式，是一種大容量、長時間（6～8 h）的儲能技術路徑，在全球儲能市場中占比約1.6%。與目前主流的鋰電儲能技術相比，熔鹽儲能具有壽命長、規模化成本低、安全性高等優勢，在未來多種儲能并存的情境下，熔鹽儲能或將占據重要位置[4]。熔鹽儲能目前主要應用在火電廠儲能改造、工業余熱儲能、谷電工業制熱、光伏棄電儲能、風力棄電儲能、交通運輸儲能等領域。

2" " 熔鹽儲熱的原理與分類

2.1" " 基本原理

熔融鹽（如硝酸鈉、硝酸鉀）是不含水的高溫無機鹽，特征在于熔化時以離子形式存在，正負離子靠庫侖力相互作用，在高溫環境下，可作為以液體或固液相變形式傳熱蓄熱的介質。單一組分的熔融鹽熔點較高、熱穩定性較差，通過混合不同的熔融鹽，可以形成共晶的混合熔融鹽，其具有以下突出優點：較低的熔點和較高的分解溫度，適合各領域對高溫傳熱蓄熱的需求；工作溫度范圍廣（通常為290～565 ℃），通過吸熱與放熱過程實現熱能存儲與釋放。具體流程包括：儲熱階段——利用棄電、低谷電或工業余熱加熱熔鹽，溶液以顯熱或相變過程來存儲熱能；釋熱階段——高溫熔鹽通過換熱器產生蒸汽驅動發電或直接供熱。

2.2" " 分類

熔鹽儲熱按技術路線可分為：

1）顯熱儲熱：依賴液態熔鹽溫度變化儲存能量，適用于大規模儲能（如光熱電站），常見的已成熟應用的熔融鹽有solar salt、Hitec、Hitec XL等三種硝酸鹽。

2）潛熱儲熱（相變儲熱）：相變技術是指將熔鹽填充到骨架中，制成定型復合相變材料來解決熔鹽對容器材料的強腐蝕性、過冷性以及低傳熱特性[約為0.5 W/（m·k）]等問題。在定型復合相變材料中，熔鹽用于儲存熱能，骨架則起到形狀穩定劑和導熱增強劑的作用。利用熔鹽相變過程的潛熱，提升儲熱密度，但該技術復雜度較高。

3" " 熔鹽儲熱的應用方向

3.1" " 光熱發電

光熱發電系統通過聚光裝置（如定日鏡陣列）將太陽能聚焦至吸熱塔頂部的熔鹽儲罐，加熱熔鹽至液態高溫狀態（通常達565 ℃）。高溫熔鹽儲存于保溫罐中，需發電時通過換熱器將熱能傳遞給水工質，產生高溫高壓蒸汽驅動汽輪機發電。熔鹽的顯熱特性使其能夠在無光照條件下持續釋熱，實現24 h穩定供電。

甘肅敦煌100 MW熔鹽塔式光熱電站采用雙罐儲熱系統，配置12 h儲熱容量，年發電量達3.9億kW·h，減少二氧化碳排放35萬t/a。其核心創新點在于通過優化熔鹽循環路徑，將光熱轉換效率提升至45%，顯著高于傳統光伏電站。

3.2" " 工業供熱與余熱回收

工業供熱系統中，熔鹽在低谷時段通過電加熱或工業余熱升溫至液態，儲存于高溫罐中；在需求高峰時，高溫熔鹽經換熱器釋放熱能，為紡織、食品加工等企業提供穩定蒸汽或熱風。余熱回收則通過熔鹽直接吸收工業流程中的高溫廢氣（如煉鋼爐煙氣），將熱能轉化為蒸汽發電或工藝用熱，提升能源利用率。

寶鋼集團在煉鋼工序中引入熔鹽余熱回收系統，將1 200 ℃的爐氣余熱儲存于硝酸鹽儲罐，年回收熱能相當于2.5萬t標煤，減少碳排放6.8萬t。此外，浙江某紡織企業采用熔鹽谷電儲熱裝置，夜間加熱熔鹽儲存熱能，日間供蒸汽，年節約用能成本超300萬元。

3.3" " 燃煤電廠調峰調頻

3.3.1" " 電加熱式火（熱）電機組靈活改造

電加熱式火（熱）電機組靈活改造主要是采用電加熱將汽輪機多余出力轉化為熱能儲存在熔鹽中，將熔鹽儲熱系統布置在汽輪機后端，可以增大火力發電機組的發電處理調節范圍，提升電廠運行的靈活性，實現深度調峰、熱電解耦。其具體工作過程為：在用電低谷期間，維持燃煤電廠內鍋爐處于中低負荷穩定狀態，富余電力通過電加熱裝置制熱，存儲于熔鹽中；在用電高峰期間，釋放儲熱系統中存儲的熱能，增加系統電功率輸出，降低電廠供電煤耗[5]。系統流程如圖1所示。

3.3.2" " 抽汽蓄熱式火（熱）電機組靈活改造

抽汽蓄熱式火（熱）電機組靈活改造主要是采用蒸汽熔鹽換熱系統，將多余蒸汽（又分為抽主蒸汽和抽再熱蒸汽兩種）的能量儲存在熔鹽中，熔鹽儲熱系統布置在汽輪機前端，在用電低谷期間使鍋爐保持在較高負荷運行，汽輪機在較低負荷運行；在用電高峰期間，則配合鍋爐出力使汽輪機在高負荷下運行。這樣就增大了發電出力調節范圍，提高了運行靈活性，實現了深度調峰、熱電解耦以及能量的梯級利用。系統流程如圖2所示。

4" " 典型案例分析

4.1" " 項目概況

國內某電廠既存在深度調峰與工業供汽的矛盾，又需大幅提高機組調頻能力。因此設置一定規模的熔鹽儲熱系統，采用電加熱熔鹽，同時電加熱系統具備快速功率調節能力，可作為可控負載輔助機組調頻。

本工程儲熱介質與傳熱介質均選用熔鹽，儲熱容量120 MW·h。根據熱力系統要求，選擇雙罐熔鹽儲存形式。儲熱系統熔鹽泵采用長軸液下泵，變頻控制，罐頂安裝。其中，低溫熔鹽泵3臺，2運1備；高溫熔鹽泵3臺，2運1備。

儲熱系統儲熱過程運行采用熔鹽為儲熱介質，使用電廠高廠變作為電源，采用電加熱器對熔鹽進行加熱，通過低溫熔鹽泵將熔鹽從低溫熔鹽罐（約210 ℃）輸送至熔鹽電加熱器，經熔鹽電加熱器加熱至390 ℃后，送至高溫熔鹽罐儲存，熔鹽電加熱器功率為60 MW。

儲熱系統放熱過程運行采用熔鹽為傳熱介質，通過高溫熔鹽泵將熔鹽從高溫熔鹽罐輸送至SGS（蒸發換熱）系統，與水進行換熱產生本項目供熱所需3.0 MPa、300 ℃蒸汽，接入中壓分氣缸。

4.2" " 項目意義

1）調峰調頻補償：熔鹽儲熱系統能夠提高燃煤電廠的調頻響應速度和調頻精度，或調峰深度，使電廠在調頻或調峰市場中更具競爭力。相比于沒有熔鹽儲熱系統的情況，能夠獲得更多的調頻或調峰任務和更高的補償單價，從而增加調頻輔助服務收益。

2）供汽收入：改造前，受限于以熱定電，3號機組最低負荷只能到70%負荷，因此在谷電時段，其發電收益降幅較大。而在高電價階段，因部分負荷用于供熱，其經濟性也受到一定影響。

通過本次改造，電廠單臺機組可以實現在40%～100%額定負荷范圍內連續產生90 t/h、3.0 MPa、300 ℃的工業供汽。一方面，在谷電時段，在降低系統負荷的同時通過熔鹽儲熱系統依舊可以對外實現穩定供汽，而減少對外供電量，將一部分低谷電轉化為熔鹽熱，減少低谷電價造成的損失；另一方面，在高電價階段，在減少熱機供汽的同時通過熔鹽系統提供穩定工業用汽，可以增加對外供電，進而實現綜合效益的提升。

3）替代啟動鍋爐：在全廠停機時，本系統具備冷啟動能力，可替代啟動鍋爐功能，減少了燃油消耗。

5" " 總結與展望

熔鹽儲熱技術在能源轉型中展現出巨大潛力，尤其是在燃煤電廠調峰調頻領域，其通過“熱電解耦”改造顯著提升了火電靈活性與環保性。然而，技術推廣仍面臨挑戰：

1）初始投資高：需依賴政策支持（如容量電價補貼）；

2）效率瓶頸：熱能-電能轉換效率低于60%，需優化系統設計；

3）供應鏈風險：硝酸鉀等原材料依賴進口，需加強國產化布局。

未來，隨著示范項目規模化應用（如“十四五”規劃中2億kW火電靈活性改造目標）及技術迭代，熔鹽儲熱有望在新型電力系統中發揮更重要的調節作用，助力實現“雙碳”目標。

[參考文獻]

[1] 習近平在氣候雄心峰會上的講話（全文）[R/OL].（2020-12-13）[2025-03-01].http：//www.gov.cn/xinwen/

2020-12/13/content_5569138.htm.

[2] 甘益明，王昱乾，黃暢，等.“雙碳”目標下供熱機組深度調峰與深度節能技術發展路徑[J].熱力發電，2022，51（8）：1-10.

[3] 王海軍，趙雅靜，楊玉江，等.熔鹽儲能技術的研究及熔鹽供暖技術的應用前景[J].廣州化工，2017，45（15）：33-34.

[4] 姜竹，鄒博楊，叢琳，等.儲熱技術研究進展與展望[J].儲能科學與技術，2022，11（9）：2746-2771.

[5] 苗林，劉明，張可臻，等.集成電制熱熔鹽儲熱的燃煤發電系統熱力性能研究[J].工程熱物理學報，2023，44（11）：2999-3007.

收稿日期：2025-03-03

作者簡介：高松（1970—），男，江蘇常州人，高級工程師，國家電投江西電力有限公司火電部主任，研究方向：電力市場發展、發電設備及節能環保技術創新、發電安全生產管理。