两种蓄热技术在电力市场的应用前景对比

时间：2023-02-19 23:50:04 来源：千叶帆本文已影响人

文/孙皓范日新

2015年3月15日，中共中央发布《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》（中发〔2015〕9号），提出建立相对独立的电力交易机构，形成公平规范的市场交易平台。建立辅助服务分担共享新机制是一个解决老问题的新方法，要实现市场化交易，解决好辅助服务是关键。在原来的体制机制下，切实有效的辅助服务责任分担机制几乎是没有的。在本轮改革思路下，配售电业务要放开引入社会资本，对此，电网将不再无条件保障用户的用电需求，此时建立新的辅助服务机制非常关键。同时受经济发展增速下滑、用电需求增长放缓、装机规模（尤其是新能源）逐年加大等因素影响，近年全国尤其是北方地区出现较严重的电力供大于求局面，电力消纳及系统调峰困难。调峰困难是电力系统运行面临的首要问题，供热期调峰缺口的常态化存在给调度运行带来巨大压力。以东北电网为例，春节期间的调峰缺口已经突破600 万千瓦，直接威胁到电力系统的安全及冬季的可靠供热。电力辅助服务市场可以有效缓解调峰问题，大大减轻系统安全压力，提高系统运行可靠性。电力系统的调峰需求仍然需要火电机组调峰能力的进一步提高来满足，因此深入挖掘火电机组调峰潜力是电源侧破解调峰问题的主要手段。相比造价高昂的蓄电式储能调峰系统，储热调峰是技术成熟且稳定的技术手段。本文就将两种比较常见的蓄热技术做一个比对，以供参考。峰，其本质是电热转换。目前全世界最大的储热项目是美国亚利桑那州索拉纳280MW熔盐储热项目，由Abengoa公司建设，用于配合光热电站工作。《热电联产管理办法》（发改能源〔2016〕617号）中明确指出，鼓励热电机组配置蓄热、储能等措施实施深度调峰，并给予调峰补偿。随着我国电力体制改革的进一步深化，在热电厂增加电蓄热调峰设施，增加调峰能力，能够通过调峰辅助市场交易获得经济补偿，创新盈利模式。

以东北电网为例，调峰率48%（负荷率52%）的分界线是根据东北电网目前实际情况测算的市场平衡点，既要保证市场运行中经济杠杆的作用，又不能对企业经营造成破坏性影响。该指标是市场规则中的一个可变参数调峰辅助服务，分为基本义务调峰辅助服务和有偿调峰辅助服务（见图1）。

图1 东北电网基本调峰义务市场平衡点

储热调峰技术就是储存火力发电厂热量进行调

《东北电力辅助服务市场运营规则（试行）》中规定，实时深度调峰交易是指火电机组在单日内通过调减出力，使负荷率小于有偿调峰基准时提供辅助服务的交易。东北电力服务市场规定热电机组有偿调峰基准及实时深度调峰报价机制见表1。

表1 热电机组调峰交易档位及报价限额

目前国内应用的储热技术有两种，一种是杭州某公司的专利产品，属于液-固两相蓄热技术，一种是大连某公司的专利产品，属于固体蓄热。

2.1 液-固两相蓄热技术原理

通过蓄热装置内电加热器进行加热低温熔盐进行蓄热，将流动起来的熔盐液化进行蓄热，在调峰时段不断通过熔盐泵进行循环，蓄热介质温度逐渐升高，当介质温度高于400℃（最高可到500℃）完成蓄热。通过给水泵抽头来水跟蓄热的熔盐进行热交换完成放热，水自下而上逐步吸收蓄热介质温度，至温度大于300℃的过热蒸汽，可进行放热供电厂机组循环使用，完成后可重新进行蓄放热循环，实现调峰（见图2）。

图2 液-固两相蓄热调峰装置原理

2.2 固体蓄热技术原理

在调峰阶段，利用电加热装置加热将蓄热砖体（镁铝合金砖）加热到700℃～800℃高温蓄热。放热时，循环风在风机的带动下经过高温蓄能体后变成高温风，高温风经过换热器，将热量传递给换热器内的水，重新成为低温风，继续循环，换热器内的水吸收热量后输出高温热水使用（见图3）。

图3 固体蓄热调峰装置原理

通过对两种技术的蓄热装置输入功率及放热过程进行比对，可以看出两种技术均采用电加热，输入功率较为稳定，而输出端由于介质不同，液-固两相蓄热技术输出蒸汽的温度波动在±7℃（见图4），固体蓄热技术输出热水温度波动在±2℃（见图5）。

图4 液-固两相蓄热装置主要输入输出指标变化

图5 固体蓄热设备输入功率和蓄热温度曲线

4.1 技术符合电力市场发展趋势

蓄热技术纯电阻工作状态没有感性负载，对电网没有冲击，10kV高压电直接接入设备，保证了大功率的热输出，同时可以大当量地消纳夜间谷电，平衡电网，当设备的使用上到一定规模的时候，可以很大程度起到 “移峰填谷”的作用，保证电网安全；
可任意时刻“投”“切”，通过网络技术与调度或者需求响应中心系统对接，自动根据负荷，用需求侧任意开关方法稳定电网负荷，配合电网完成电力实时调度的工作。该技术工作模式符合未来电力市场发展方向。

4.2 符合电能替代政策

蓄热技术具有清洁、安全、便捷等优势，在电能替代方面有着很好的表现，对电网投资、用户使用到环保事业、公共安全，都起到了积极向上的作用，符合电能替代的要求。实施电能替代对于推动能源消费革命、落实国家能源战略、促进能源清洁化发展意义重大，是提高电煤比重、控制煤炭消费总量、减少大气污染的重要举措。稳步推进电能替代，有利于构建层次更高、范围更广的新型电力消费市场，扩大电力消费，提升我国电气化水平，提高人民群众生活质量。

4.3 符合火力发电调峰应用

由于热电厂发电及供热负荷波动日趋增大，低负荷时容易导致脱硝等环保设施无法投运，在过低的负荷下需要投油稳定燃烧，严重影响生产经济性且火力发电厂机组无自身调峰手段。

此两项技术均可以稳定地应用在火力发电电厂进行调峰并参与辅助服务市场，但是应用场景有一定的适应性，液-固两相蓄热技术可以直接参与电厂的热力循环，固体蓄热技术由于只能产生热水，因此需要并入热力管网。具体应用场景指标如表2。

表2 两种蓄热设备电厂应用范围

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