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摘  要：新型熔盐蓄热技术在提高能源绿色利用及对供热企业更快较好完成碳达峰和碳中和目标有着不可或缺的作用，目前已成为世界范围内的研究热点。本文主要对固体砖蓄热及熔盐蓄热两种新型蓄热技术进行原理分析。着重结合实际应用案例，对熔盐蓄热项目概况、运行参数、能效分析及经济性进行简单阐述，并对新型熔盐蓄热技术的发展前景进行了展望。

关键词：新型熔盐蓄热技术;碳中和;经济性;绿色利用

Abstract： The new molten salt thermal storage plays an indispensable role in improving green energy usage and achieving carbon peaking and carbon neutrality goals for heating enterprises. It has become a worldwide research hotspot in these days. In this paper， the principles of two new thermal storage technologies， solid brick thermal storage and molten salt thermal storage， are analyzed. The paper focuses on the overview， operating parameters， energy efficiency analysis and economics of molten salt thermal storage projects with practical application cases， and gives an outlook on the development prospect of new molten salt thermal storage technologies.

Key words： new molten salt thermal storage; carbon neutrality; economics; green utilization

随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，以及人们生活水平的不断提高，世界多国目前已经将储能列入能源环境技术创新战略，在我国，为保障能源安全供应、推动清洁能源发展和化石能源清洁高效利用，国家发改委及能源局等多个部门联合印发了多项关于储热的法规、策略，大力推广储热技术应用。蓄热技术通过“移峰填谷”，一方面可以降低日供热负荷波动引起的机组负荷波动，提高机组效率，增加热电联产电厂净收益;另一方面，可以有效规避可再生能源直接纳入电网时对电网造成的冲击，客服可再生能源具有的不连续性及不稳定性，增加城市集中供热系统和电网消纳可再生能源的能力，减少传统火力发电对化石能源的消耗，改善我国能源结构[1]。因此，蓄热技术将在我国实现经济与环境的可持续发展，保障民生等方面发挥重要作用。热力能源对于城市经济社会建设发展和工业建设发展及人民生活所需而言，可谓意义非凡，是重要的基础物质和能源之一。随着人们对环保理念的认识逐渐加深，对城市供热系统运行的能耗也提出了节能降耗新要求，与此同时，供热节能新技术也应运而生[2]。

低谷电蓄热供热技术是近年来新兴的供热技术之一，利用夜间低谷电加热储热介质，将夜间富余的低谷电力转换为热量 进行储存，待用热时释放热量进行供热。低谷电蓄热供热技术一方面能解决能量供求在时间与空间不匹配的问题，有效转移富余的低谷电力，提高能源综合利用率，另一方面低谷电电价较低能够带来良好的经济效益。

北京市集中供热最早开始于1956年，发展到今天，经历了从无到有，从小到大，从弱到强的发展历程。北京市热力集团成立之初，2000 年底总供热面积为 5554 万平方米，经过近 20年的飞速发展，截至2020年底，北京市热力集团总供热面积已超 5.6亿平方米。北京热力集团从 2016 年开始研究熔盐蓄热技术，并开展将该技术用于居民供暖的可行性研究工作，目前新型熔盐因为蓄热密度大、蓄热温区宽且储热加热过程无需考虑设备防凝等优点，而更适用于在供热低温民用领域。

1 电极热水锅炉蓄热技术

1.1 技术原理

电极热水锅炉蓄热技术是通过电极锅炉将热能储存在蓄热装置中，在用电高峰时段，将蓄热介质中的热能释放出来供用户使用。

1.2 电极热水锅炉

电极热水锅炉的原理是通过设定电导率使炉水释放大量热能，从而生产可加以控制和利用的热水和蒸汽。由于是利用水的电阻性直接加热，电能100%转化成热量，基本没有热损失。根据功率调节方式的不同，可将电极热水锅炉分为浸没式和喷射式，前者通过调节电极与锅炉内接触的水位来进行加热功率调节;大部分对于蒸发损失的水量进行补充，循环水量较少;水质的导电率有特殊要求，需要对水质进行特殊处理;要求与电极接触的炉水部分与锅炉金属筒体绝缘隔离。后者是通过多个出水点与电极之间的导通关系来调节加热功率;所需要的循环水量较大;对水质要求较低，普通自来水就可以满足要求;要求电源进线为三相四线中心点接地。根据使用现场对水质、绝缘、电源进线等的不同，可以有针对性地选择不同种类的电极热水锅炉。

2 固体砖蓄热技术

固体砖蓄热系统主要由蓄热装置、空气-水换热系统、水-水换热系统、控制系统等组成。蓄热装置主要由加热元件、蓄热材料、保温外壳组成。加热元件为镍铬合金材料;蓄热材料多使用以 MgO 为主要材料的砖体;保温外壳多采用岩棉，将加热元件和蓄热材料包裹在一起，以减少热损失。固体砖蓄热系统原理示意图如图1所示。弃风弃光电/低谷电通过电网输送到制热/蓄热地点，通过电加热器将电能转换为热能，并对蓄热材料充热;同时开启循环风机，经过循环风机增压的空气与电加热器换热，使其温度升高，高温空气经过蓄热室时，通过对流和辐射传热将热量传递给蓄热材料;而后热风通过汽水换热器将热量传递给供热循环水的同时实现供热需求，通过汽水换热器后的风温大幅度降低，再经过循环风机增压后继续循环。

一般固体材料的比热只有水的三分之一，但由于固体蓄热材料的密度为水的两倍左右，蓄热可到700℃以上，使得固体蓄热材料的蓄热能力比同体积水的蓄热能力强5倍左右，蓄热装置的体积大大减小，而且固体蓄热储能装置不承受压力，对其形状也没有特殊要求，装置的占地面积和设备投资大大降低。它不但克服了传统水蓄热方式的缺点，而且兼具环保、高效、节能、安全等多项优势，有望替代一部分传统的取暖设备。固体砖蓄热技术特别适用于供热需求较小的场合，实际中可根据用户符合要求，灵活布置不同的模块，满足供热需求。

3 新型熔盐蓄热技术

3.1技术原理

新型熔盐蓄热技术是一种基于新型熔盐显热蓄热的电加热集中供热技术。通过熔盐储能供暖系统，利用晚上的低谷电加热熔盐储能，白天通过换热器传递能量，实现供热水和应急供热的需求。使用谷电满足白天用电高峰期的供热需求，转移盈余的峰谷电力，提高电网稳定性和电能的使用率，也增加了供热安全保障和品质。熔盐蓄热系统中的熔盐通常指无机盐的熔融体，作为传热蓄热介质，可以达到较高的工作温度，是目前应用较多且较成熟的传热蓄热材料。除了单一无机盐外，将同一类或者不同种类的熔融盐按照一定的比例混合，可以获得多种新型的混合共晶熔融盐。熔融盐作为一种高温传热蓄热介质，有几个优点：a）使用温度范围比较广，b）价格相对低廉，原料用途较为普遍，c）高温环境下使用的熔盐设备安全性较高。

系统主要由熔盐罐、熔盐/水换热器、熔盐泵、熔盐电加热器、PLC控制系统等设备构成，如图2所示。

本系统分为两个热力循环，分别是：熔盐储热循环和熔盐放热循环。这两个循环的工艺流程如下：

（1）熔盐储热循环：熔盐储罐中的低温熔盐通过熔盐泵进入到熔盐电加热器，通过智能互补系统利用夜间低谷电在电加热器中加热熔盐，加热后的高温熔盐回到熔盐储罐中进行储存，完成熔盐储热循环。

（2）熔盐放热循环：熔盐储罐中的高温熔盐通过熔盐泵进入到换热系统中与供热/供生活热水的循环水回水进行换热，加热后的循环水供水为热用户供热/供生活热水，放热后的熔盐回到熔盐储罐中进行储存，完成熔盐放热循环。

3.2 新型熔盐优势分析

新型熔盐蓄热温区宽、储热密度大、占地面积小，且无毒无污染，特别是性能稳定。应用新型熔盐的蓄热系统无需伴热系统，简化了系统的结构，大大减少了系统的初投资和运行成本[3]。

4 新型熔盐蓄热技术实际应用案例

4.1 项目背景介绍

以新型低熔点熔盐作为蓄热介质，消纳低谷时段富余电力，清洁供热，替代现有燃气锅炉，同时配合北京市清洁能源供热改造的政策推进，为绿色能源引入供热提供新途径。项目实际应用于北京市热力集团有限责任公司朝阳第一分公司花家地供热厂，花家地供热厂现状为9台14 MW燃气锅炉，采用间接供热方式。非供暖季生活热水负荷低，用热量低，只启用一台14 MW燃气锅炉，每天启动两次，且锅炉处于低负荷工况运行，能耗大，经济性差。为解决此问题，项目利用了场内富余电容量，在14 MW锅炉房北侧135 m2空地建设一套加热功率为2.1 MW的新型熔盐蓄热装置，在夜间低谷电时段内以电加热熔盐的形式储存热量，能够解决当前14 MW锅炉供应非采暖季生活热水负荷过低，锅炉频繁启动，浪费能源和危害锅炉安全运行的问题，并为采暖季提供应急补热，减少天然气消耗，具有安全、环保、经济等特性。

项目于2018年8月完成设备安装及初步运行，依据花家地供热厂实际生产运行要求，2019年6月完成了与燃气锅炉房的多次联动运行，并结合电网电价，热网实际运行，对新型熔盐蓄热技术的可行性及经济性进行了初步分析。

4.2 项目优势

该项目在满足供热需求的基础上有效地转移了盈余的低谷电力，提高了电网稳定性和电能的使用率，并且完全取代了传统的燃煤和燃气锅炉。与同样采用了低谷电蓄热的“水储能”相比，熔盐储能的温差更大，储能系统的体积更小。与“固体蓄热”系统相比，熔盐的物性更加为稳定，无需更换储热介质，储热效率和换热效率也更高。储能系统中的储能介质采用的是拥有国家专利的低熔点盐，其熔点更低，使用温区更大，储能系统体量变小;系统的冻堵风险也变小，为储能系统的整体伴热降低了难度。

4.3 实际运行参数

在正常运行阶段，选取连续一周的运行数据进行分析，运行参数如下表1所示：

4.4 能效分析

由本次在谷电实况下连续稳定运行一周的数据所得熔盐蓄热系统的可以达到96.25% 的热效率。其中单日效率有所浮动，主要原因为由于外网用热量随时间移动而大幅波动，单日加热起始温度与放热结束的控温不完全一致，导致了单日效率的相对浮动。而一周的总效率可以有效中和单日温控差值等内外因素的影响。因此熔盐储能系统的连续运行的工况下，系统的总效率可以稳定在96.25%。

4.5 经济效益分析

根据本次运行的七次数据分析，总用电量总计90620.84 kWh，目前谷电电价为0.3029 元/kWh，实况运行时按谷电电价计算则总电费为27449.05 元;总供热量为314 GJ，折合供热水量共计2512 吨，根据朝阳第一分公司提供热水的价格为30-40 元/吨，本次供热水所得收益总和在75360-100480 元之间。

根据以上计算结果可以看出，七次储放热的净收益在 47910.95-73030.95 元之间，平均每天储放热所获收益在 6844.42-10432.99 元/天之间。由于本项目储放热无需人员值守，人工费用极低，因此收益较大，经济性良好。

5 结论与展望

熔盐系统有良好的经济性收益，并将逐步取代传统的燃气和燃煤锅炉。本系统已完全达到设计初衷：作为临时停热用户生活热水等的替代热源：可以作为应急热源，在冬季紧急状况下为用户供热，并且效果良好。

纵观清洁化、低碳化、经济化、智能化的未来能源发展趋势已经成为共识，结合新型蓄热技术在实际供热领域中的应用，不仅能减少化石能源燃料对大气环境的危害，对电网的电力负荷调峰和供热企业绿色经济运行都将具有很积极的作用，对热用户降低用热成本也有促进作用。

参考文献

[1]汉京晓.新型二元混合氯化熔盐的制备及性能测试[J].无机盐工业，2018，50（12）：24-27.

[2]卢冰冰.城市集中供热系统节能技术及热力站控制系统的分析[J].机械管理开发，2020，35（08）：264-265+291.

[3]王海军，赵雅静，杨玉江，李英栋，张涛.熔盐储能技术的研究及熔盐供暖技术的应用前景[J].广州化工，2017，45（15）：33-34+47.

作者简介

安 琪（ 1994—）女， 河北唐山人， 2016年毕业于三峡大学电气工程及其自动化专业。