走進國家能源集團安徽公司宿州電廠，最先映入眼簾的是兩座米色圓柱形巨罐。它們如巨人般比肩而立，旁邊銀龍般的管道縱橫蜿蜒。
這是我國最大的“煤電+熔鹽”儲能項目、全國首臺套吉瓦時級煤電熔鹽儲換熱成套裝備及控制系統、國家首批綠色低碳先進技術示范項目。
“這個項目于8月底建成投產，它破解了傳統煤電‘以熱定電’的難題，讓煤電機組有了靈活調峰的‘超能力’，為全國煤電靈活性改造提供了可復制、可推廣的新模式。”國家能源集團安徽公司黨委書記、董事長云天寶告訴科技日報記者。
在“雙碳”目標引領下，我國能源結構轉型正加速推進。隨著新能源在電力結構中的占比不斷攀升，電力系統調峰壓力日益加大。在此背景下，煤電成為非常重要的靈活性調峰電源。然而，傳統煤電機組為了滿足對外供熱需求，面臨著“以熱定電”的困局，難以靈活調峰。
“所謂‘以熱定電’，簡單來說，就是指機組的發電負荷必須根據實時供熱需求來決定。”國家能源集團安徽公司宿州電廠董事長吳德偉解釋，為了保證向周邊工業區或居民區持續、穩定供熱，機組必須維持較高鍋爐負荷，從而必須產生相應電量。
這種強制聯動的運行模式，導致機組無法根據電網的實時需求靈活地調節發電量：在供熱需求大時，即使電網不需要那么多電力，機組也不能減少發電；反之，在電網需要更多電力支撐時，如果供熱需求不足，機組也無法有效提升發電能力。
為破解這一難題，國家能源集團于2022年啟動“基于熔鹽儲熱的煤電靈活性關鍵技術研究及示范應用”項目，旨在通過熔鹽儲熱技術，大幅提升能源綜合利用效率，有效解決煤電機組在深度調峰、頂峰發電與穩定供熱之間的多重矛盾。
“熔鹽儲熱是一種新型儲能方式，具有轉化效率高、能量密度大、運營成本低等優勢。”國家能源集團新能源技術研究院儲能技術研究中心負責人金翼介紹，熔鹽儲熱技術的引入，相當于為傳統煤電機組外接了一個“儲熱寶”，在機組調峰壓力較小時，熔鹽儲熱裝置會利用機組的富余熱能來加熱熔鹽，將熱能儲存在高溫熔鹽罐中，相當于提前把熱存起來；等到調峰壓力較大、需要機組全力發電時，裝置便釋放儲存的熱能，接手供熱任務，從而支撐機組滿負荷發電。
技術路線確定后，選擇何種熔鹽作為儲熱介質，成為項目實施的首要課題。熔鹽種類繁多，如氟化物、氯化物、硝酸鹽等，其適用的溫度范圍也各不相同。“經過大量實驗，我們發現硝酸鹽的整體溫度范圍最符合火電機組的運行要求。”國家能源集團新能源技術研究院儲能技術研究中心總工程師丁濤說，“在此基礎上，我們通過深入比選發現，由三種硝酸鹽混合配制的‘三元鹽’工作溫度范圍為190℃至450℃，恰好覆蓋了當前供熱機組的典型運行溫度區間，因而被確定為最終選擇。”
在完成熔鹽選型的基礎上，國家能源集團新能源技術研究院從理論設計、控制、應用三個層面系統推進，攻克了系統集成與協同控制中的多項關鍵技術。
該項目在系統設計上提出創新方案，采用“主蒸汽+熱再蒸汽+四抽蒸汽”三路協同抽汽方式，實現蒸汽在換熱后直接供熱，達成能量的梯級利用，儲放熱系統整體效率高達83.4%。這打破了傳統煤電機組“以熱定電”的運行限制，首次實現吉瓦時級別大規模熔鹽儲熱。在協同控制方面，項目首次開發了煤電耦合熔鹽儲熱仿真平臺，形成了聯合協調控制技術，為系統安全、穩定、高效運行奠定了堅實基礎。
“安全是熔鹽儲能系統實現長期可靠運行的根本前提。我們以‘本質安全’為核心理念，將安全設計貫穿于項目研發全周期。”國家能源集團安徽公司宿州電廠熔鹽儲熱項目技術主管廖世偉說。
比如，在設計儲罐時，研發團隊以“防泄漏”為首要原則，采用外置式加熱循環系統，使罐體本身幾乎不設開口，從結構上徹底消除泄漏風險；在為罐體打地基時，團隊更是層層設防，鋪設多層特種陶粒與耐火磚，仿佛為巨罐墊上“隔熱墊”，并通過反復實驗確保地基均勻密實，有效防止罐體傾斜。
熔鹽儲熱系統投運后，宿州電廠煤電機組發電負荷的“頂尖峰、壓低谷”能力大幅提升，在保證最大供熱量連續供熱5小時的情況下，機組深度調峰的最低發電負荷可降低至30%；在需要頂尖峰100%額定發電負荷運行時，由熔鹽儲熱系統提供的供熱蒸汽可連續供熱4小時。
“熔鹽儲熱系統建設成功，不僅解決了機組調峰與供熱之間的矛盾，推動了煤電機組向支撐性、調節性電源轉型，還有助于消納電廠周邊區域的棄風棄光電量。”吳德偉告訴記者，經測算，該系統每年可提升新能源消納能力約1.28億千瓦時，減少碳排放約8.5萬噸，預估年合計收益約4500萬元。
同時，該項目投產后，每年可增加供熱能力220萬噸，最大供熱能力提高到原有的173%，可滿足當地40多家企業用熱需求，實現供熱收入大幅增加。同時，項目還能促進產業集聚，為安徽北部吸引優質企業入駐創造有利條件。
云天寶說，宿州電廠“煤電+熔鹽”儲能項目以熔鹽為媒，架起了煤電與新能源協同發展的橋梁。隨著技術的持續迭代與推廣，熔鹽儲熱未來將在構建清潔低碳、安全高效的新型能源體系和新型電力系統中發揮更大作用。
“基于宿州電廠‘煤電+熔鹽’項目研發的耦合煤電機組的大容量熔鹽儲熱關鍵技術，目前已經在國家能源集團廊坊熱電、荊州熱電等火電廠推廣應用，大幅提升了現有煤電機組的響應速度和靈活性。”金翼說，“同時，我們正在申報國家煤炭清潔高效利用重大專項，力爭為新一代煤電關鍵技術研究和新型電力系統建設貢獻國能智慧和核心技術解決方案。”
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