作为一种大规模新兴储能方式,熔盐储能具有多种优势。经过多年培育,熔盐储能市场应用情况如何?其产业化发展还面临哪些关键问题?
近日,熔盐储能光热发电解决方案提供商——浙江可胜技术股份有限公司(以下简称“可胜技术”),在浙江证监局进行辅导备案登记,真正开始启动上市。
这一消息点燃市场对熔盐储能技术路线的关注。作为一种大规模新兴储能方式,熔盐储能具有安全性高、环境友好、成本低、储能容量大等优势,随着太阳能光热发电而快速崛起。经过多年培育,熔盐储能市场应用情况如何?其产业化发展还面临哪些关键问题?
海拔3017米,一座巨型吸热塔矗立在青海德令哈广袤大地上,27000余块定日镜布置在吸热塔四周,随着太阳移动不断调整姿态,并将收集到的阳光反射到200多米高的吸热器上。在吸热器中,光能被转换为热能储存。
上述项目正是国家首批光热发电示范项目——青海中控德令哈50MW塔式熔盐储能光热电站,该电站于2018年12月并网发电,总装机容量50兆瓦,配置7小时熔盐储能系统。
“项目移交生产运行以来,连续多年稳定运行,2023年度发电量更是再创新高,达到1.524亿千瓦时,达到设计发电量的104.38%。”青海中控德令哈50兆瓦塔式熔盐储能光热电站总设计师、可胜技术董事长金建祥介绍,作为一种以储热材料为媒介的储能技术,熔盐在290摄氏度—565摄氏度工作时候的温度区间维持液态,通过温度的升高和降低来储存和释放能量,是一种低成本、高效的储能技术。
我国熔盐储能发展势头迅猛,是继西班牙、美国之后全球第三大熔盐储能市场,这主要得益于光热发电项目的建设。据相关统计,截至2023年底,我国兆瓦级规模以上光热发电机组累计装机容量为58.8万千瓦,在建和拟建光热发电项目约43个,总装机容量480万千瓦,均配置8—16小时熔盐储能系统。依照国家能源局综合司印发的《关于推动光热发电规模化发展有关事项的通知》,“十四五“期间,全国光热发电每年新增开工规模力争达到300万千瓦左右,则对应每年需要熔盐量90万吨。在国家新能源和低碳发展的政策利好下,熔盐储能规模化建设慢慢的变成了大势所趋。
金建祥介绍,我国已掌握完全自主知识产权的熔盐储能光热发电核心技术,并实现了熔盐储能有关产品的规模化生产,国产化率近100%。目前,产业链上下游产品和设备相关企业已超过百余家,产品和服务覆盖熔盐、熔盐储罐、保温材料、熔盐泵、熔盐阀等,供应链已较为完善,能够完全满足我国大量熔盐储能项目投资和建设需要。
值得一提的是,当前以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏发电基地建设如火如荼,在庞大增量市场的支撑下,储能产业将迎来难得历史机遇。
在各储能路线中,抽水蓄能是最成熟的长时储能技术,但是受到地理条件、建设周期长等因素的限制;锂电为代表的新型储能发展迅速,也面临单位投资额较高,安全性难以从根源上保证的问题。“熔盐储能由于不受地理条件限制、建设周期与新能源项目相匹配,且具有储能规模大、储能密度大、安全性能高等突出优点,在长时储能领域中的优势尤为明显。”金建祥说。
金合能源首席技术官金翼给《中国能源报》记者算了笔账——单从投资成本来说,即使在锂电价格不断下行情况下,储热也比锂电便宜。目前,锂电价格在0.4元/瓦时左右,储热成本能做到0.1元。
除了应用在光热领域,熔盐储能也在探索更多可能。2022年10月,浙江省最大用户侧熔盐储能——绍兴绿电熔盐储能示范项目正式运行;同年12月,江苏国信靖江电厂2×660兆瓦机组熔盐储能调峰供热项目正式投运,是我国首个真正意义上采用熔盐储热技术的大规模火电调峰、调频、供热项目,这标志着熔盐储能成功应用于火(热)电机组灵活改造和绿色热能供应领域。
在金建祥看来,熔盐储能的应用领域远不限于发电侧,随着能源消费侧热能需求量的增加,将带来大量绿电制热需求,熔盐储热还将促进热能脱碳。
数据显示,截至2023年12月,中国已投运电力储能项目累计装机86.5吉瓦,其中抽水蓄能51.3吉瓦,占比59.4%,新型储能占比39.9%,熔盐储能紧随其后,占比0.7%,是第三大储能模式。
根据规划,“十四五”期间,我国要完成2亿千瓦存量煤电机组灵活性改造,增加系统调节能力3000—4000万千瓦。业内预计,“十四五”期间,仅火电灵活性改造领域,熔盐储能的市场空间就高达千亿级。自去年以来,熔盐储能赛道持续升温。
纵观产业高质量发展,从2013年我国首个熔盐储能项目(青海中控德令哈10兆瓦塔式光热电站)起步,到目前的示范应用,熔盐储能规模化应用还面临诸多问题。
业内人士坦言,熔盐储能初始投资额高,与抽水蓄能、压缩空气储能初始投资所需成本相近。此外,熔盐储能效率普遍低于60%,相较电化学与机械储能,转化效率较低。
据悉,熔盐储能关键原材料——太阳盐(Solar Salt),是硝酸钾和硝酸钠以40%和60%的质量比混合而成。我国是硝酸钠生产大国,但硝酸钾中的氯化钾有一大部分从俄罗斯、乌克兰等国进口。受俄乌关系影响,近两年熔盐储能供应链出现一定波动。业内担忧,太阳盐出现诸如电池材料碳酸锂价格飙升的类似情况。
这给熔盐储能产业敲响警钟。“要避免原材料供应受国际环境变化影响,导致价格大大波动,给熔盐储能市场带来成本增加的风险。”北京工业大学教授张灿灿向《中国能源报》记者表示,熔盐储能规模化发展要未雨绸缪,相关企业加快投扩产步伐,保障原材料产品质量和供应稳定。
“此外,硝酸钾、硝酸钠属于危险化学品,这给项目审批、管理带来诸多不便。”张灿灿指出,熔盐原料是由多种材料混合组成,组分选用得当,是一种安全性很高的储热方式,熔盐本身不存在燃烧,爆炸风险,市场对其存在一定认识误区。
事实上,熔盐仅是显热储热技术中的一种。储热还有相变储热、化学反应储热等多种形式。得益于光热产业的带动,近年来,熔盐储能脱颖而出,实现较快发展。
但相比储电,储热并不为人们熟知。“能源的利用形式最重要的包含电和热两种,也随之产生储电和储热两种技术。”在金翼看来,储电之所以发展非常迅速,是基于它本身是电对电系统,电网系统接受度较好,能够最终靠电网进行传输,而储热是电对热,输送难度高很多,使用半径有限。火电热电联产机组有热网、电网,能够最终靠“热”的形式供给给用户。而采用“电—热—电”模式即将电能转换为热能再转化为电能,从热力学角度来看,转换效率较低,市场存在一些争议。
金翼指出,储热始终不是一项完全独立的技术,它需要依附光热、煤电机组、清洁取暖项目,压缩空气储能也有储热技术。因此,储热实际装机规模很难准确统计,项目的储热究竟是储能,还是隶属于光热或煤电机组的组成板块,界定尚不清晰。
面对产业发展未来。张灿灿坦言,相比抽水蓄能、新型储能,熔盐储能缺乏政策扶持,建议参照执行抽水蓄能电站政策机制。此外,熔盐储能系统经济性、可靠性,安全性有关标准缺乏,哪些地方能用,哪些地方禁止用,具体操作细则,亟待建立明确的行业规范。“熔盐储能物性测试国家标准已完成修订,今年有望公布实施。”
技术方面,“熔盐在传输过程中向外散热,当温度不高于熔点时极易凝固,发生‘冻管’,导致系统失效。”张灿灿指出,储热技术有待持续攻关,性能指标还需逐步优化,北京工业大学已成功研发并应用低熔点熔盐,熔点降到100摄氏度左右,可以储存和释放更多能量。
金建祥建议,加快建设熔盐储能应用的示范项目。通过示范项目进一步探索应用场景和商业模式,为后续熔盐储能在电力系统所有的环节的大规模应用积累经验。在工业脱碳领域,建议鼓励熔盐储能将低谷电、弃风弃光电转化成绿色热能,调整电力系统输配电政策,免除熔盐储能外购电容量费用及输配电费用;在火(热)电机组灵活改造、冷热电联供等应用领域,建议通过电力市场、辅助服务等收益方式体现熔盐储能的价值。