6月13日，2023中国国际光热大会暨CSPPLAZA第十届年会在浙江杭州盛大召开，首航高科能源技术股份有限公司（简称“首航”）研发中心总经理齐志鹏为大家带来《采用熔盐储热技术的机组灵活性改造》主题演讲。
▲首航高科能源技术股份有限公司研发中心总经理齐志鹏
一年四季深度调峰是刚需
2019年正值光热的低谷期，也正是这一年，将熔盐储热用于火电灵活性改造的商机冒出了新芽。
齐志鹏表示，经历了2015年9号文件电改之后，自2016年起，整个电力市场发生了较大的变化，电价方面更符合市场规律——电力供大于求时，一度电就要产生低价竞争，电力稀缺时，则一度电的价格飙升。
在东北，冬季大部分火电机组都在供热，由此产生的供热负荷巨大，机组通流量也大，整个机组能带到80%左右，由于东北夜间没有高负荷的用户，东北电网压力倍增，在此背景下，2016年开始，东北掀起了灵活性改造的热潮。
改造主要以电极锅炉为主，在汽轮发电机出口，消耗电力为主，把汽轮机发的电变成热送到热网中，这样对于整个电厂来说发电量就变成了零。
与东北不同，西北一年四季都有调峰需求，而且西北在冬季还有顶负荷需求，对于光伏风电，冬季很多核心地区都会出现连续的阴天和无风天气，风电光伏装机比例高时，没有电量输出，这种情况下就需要火电机组顶尖峰；春夏秋冬光伏风电高发，则需要机组深度调峰。
现货交易与长协交易
采用熔盐储热技术进行机组的灵活性改造，首航发轫于2019年。
齐志鹏介绍，首航是国内较大的电站冷端设备供应商，因此对火电领域较熟悉。首航第一次接触现货是从山西市场开始。
以下图‘2020年12月24日的交易曲线’为例，可以看到，从0点到早上7点，电价在一毛钱到两毛钱之间波动，从7点到9点半的早高峰，一度电两毛钱到三毛钱，9点半即光伏开始时一直到11点45分，电价在一毛钱到两毛钱之间，12点半时，所有的上网电价均为零。
齐志鹏表示“大家现在听说山东是负电价，但当我们2020年接触到上述这种情况时，对我们的冲击还是很大的，因为这时候火电发一度电一分钱不给，买了煤，煤都烧了，不给钱。但是从下午12点半开始电价恢复，下午4点半到晚上6点45这段时间电价是1到1.5元。山西2020年最高电价到1.6元，持续时间很长。除却晚高峰4点半到6点45这一段时间的电价非常高，6点45到8点半的电价也不低，五毛钱到七毛七左右，晚上8点半到9点15左右是三毛钱到四毛钱，相对来说也比较高，但是过了晚上10点钟以后，基本上又回到一毛钱到两毛钱之间的区域。”
齐志鹏又展示了山西这台机组整个12月份在每一个时段交易电价，如下图。
他表示，从零点开始一直到早上6点左右，电价基本上都是一毛左右，在早上八点半的早高峰，电价接近两毛五，12点时电价达到日间最低，这是为什么呢？他解释，是因为光伏大发，到了16点前后，基本上都能卖到一块钱以上。晚上的22点之后，电价逐渐降低。
新型电力系统
齐志鹏表示，根据上述情况，我们对新型电力系统应该有了新的理解，他认为，首先电源应提供四个价值：一是提供电量；二是要起到平衡作用；三要起到调节作用；四要提供有效容量。
“但是现在我们所说的1:9和1:8的情况下，我们现在只算电量价格，包括现在设计院做可研光热只算其电量的价格，从来不算平衡调节和有效容量这块，尤其是平衡调节作用，如果在现货，大家可以回到刚才这个曲线，假设我有一台光热的机组在晚上4点钟开始发电，我的一度电是多少钱呢？我们示范项目是一块一毛五，但是这两个小时内我们可以拿到一块五的电价。”
因此齐志鹏指出，在现货市场下，平衡价值完全是市场体系的——当电网供需产生变化时，用户量大电源少时，发一度电就非常值钱，但如果像光伏风电这样没有调节性能的电源，在上网时若供过于求，价格就只有几分钱。
齐志鹏表示，通过对电力市场及新型电力系统的深入了解，大家对光热也会更有信心。
以东部火电为例，有些地区利用的小时数只有3000多，若仅限于3000多必然会亏损，那么它是怎么生存下来的呢？它没有发的电，作为调节这部分电靠什么有收益呢？答案是靠服务。
“我们敦煌二期电站年利用小时数3000，跟火电的机组差不多了，对于未来新能源比例特别高的电网来说，它未来可能连3000都到不了，可能也就是2700-2800那样，这时候火电的生存就是靠服务，而不是靠电量。”
火力发电机组深度调峰技术分析
齐志鹏认为，新能源之所以能推得这么广，就是因为光伏和风电的价格比火电还便宜，因此有其生存的空间。他表示，火电机组灵活性改造基本分为两个路线，一个是本体改造，最低期望20%，另一个则是热电解耦，最低负荷到0%。
东北的情况只有在冬季进行热电解耦，因为热有出口且热出自热网，而春夏秋则无法在传统上进行解决。
齐志鹏指出，本体改造的能力是在不投油情况下最低负荷20%，其优点是改造费用较少，但缺点也比较显著：一是灵活性改造本体改造带来牺牲机组本体寿命；二是本体改造停机期间没有收入；三是火电机组低负荷运行时煤耗不是线性减少；四是本体改造没有改善火电机组本身的调节特性。
那么本体改造需要解决哪些问题呢？齐志鹏指出了以下几点：
（1）锅炉无法稳燃，火焰在炉膛充满度不足，水动力不稳定，尾部受热面积灰和腐蚀加剧，厚壁部件疲劳；
（2）汽轮机低压末两级叶片鼓风，末级干度过小，处于过热，叶片水蚀；
（3）宽负荷脱硝问题；
（4）调门异常振动和接管仪表焊缝的开裂。
热电解耦是锅炉和汽机的不改造，齐志鹏认为“基本上熔盐系统相当于加了外挂，本体不改造，只做管道相关改造”，他表示，热电解耦的优点包括：
（1）火电机组寿命没有影响，锅炉最低负荷还是40%，；
（2）增加外部储能装置；
（3）改善火电机组本身的调节特性。
熔盐储能调峰是采用熔盐储能作为火电侧深度调峰方案。
齐志鹏表示，有专家提到过电加热和蒸汽加热，而他认为，电加热是不可取的，在火电机组灵活性改造加电加热效率较低。
而蒸汽加热有几个优点：（1）不影响机组寿命；（2）改造期间不停机；（3）能量利用率高，62%；（4）改善机组调节特性；（5）供热机组的供热安全稳定性；（6）代替启动锅炉。
蒸汽加热当然也有一些缺点：比如占地大、投资费用高。
以电加热熔盐储能改造为核心，其目的是汽机本体不做改动的前提下，直接在供电端加载计量实现最小上网负荷，具备较强的低负荷调峰能力，可以实现机组的零负荷。当升负荷时熔盐储热可以释放加热给水为蒸汽进入热网用户或者补入蒸汽轮机转换为电，缺点是储能过程是锅炉的热转换为电，电加热转换为熔盐储热，熔盐储热再转换为电，其效率不足12%（30%*40%），经济性很差。其次电加热器功率大，设备寿命有限。
首航是怎么做蒸汽加热熔盐的熔盐储能改造呢？
▲蒸汽加热熔盐工艺流程
齐志鹏介绍“由上图大家可以看到，从储成汽，把高压缸、中压缸抛掉，大部分蒸汽把能量储存在熔盐中，不让高压缸和中压缸做功，保证低压缸的最小通流量保证机组安全性，从主汽出来的蒸汽分成两股，一小股进入高压缸里做工，通流，大部分的蒸汽通到这样一个水蒸气吸热器，把高温高压水蒸气容量存在熔盐中，水蒸气温度被降低之后和高排水蒸气合在一起进到锅炉再热器里面又升温，之后两股蒸汽打到中压缸口时又分成两股，一股分到中压缸通流，另一股则通到另外一个水蒸气吸热器，这个压力比较低，但是温度还是挺高的，把它的容量存在熔盐里面。相当于以前的面式减温器，原理是一样的，从中排出的水蒸气和这个蒸汽合并成一股，进入低压缸做功，完成储能过程。”
“在这个过程中，能量有损失吗？没有损失，热到热是100%的，除了换热器表面向空气中的散热。但能量品质有所损失，高温高压水蒸气通过这样一折腾变成中温中压了。那么只完成了储能过程，释能过程怎么完成呢？这是首航比较重要的一个工艺细节，通过一台蒸汽发生器产生蒸汽通到低压缸里做功，我们算过这样的热平衡，这种热平衡下来大概就相当于以30万机组为例，基本上它的储能效率到62%以上。”
