熔鹽儲熱應用適配與風險管控

摘要：熔鹽儲熱屬于中高溫傳熱蓄熱方法，被廣泛應用于太陽能光熱系統。本文以某槽式光熱電站為例詳細闡述了槽式光熱電站熔鹽儲熱系統的構成要素以及該系統的工程造價情況。著重分析了槽式光熱的熔鹽儲熱技術適配性應用的主要風險，并提出了應對措施。在新型電力系統應用的不同場景下，加速熔鹽儲能技術的推廣和應用，對熔鹽材料的商業化趨勢作出判斷，同時對該工藝系統設備選型提出參考意見。

1.槽式熔鹽儲熱發電原理

熔鹽儲熱雖具有儲能密度高和運行穩定的優點，但因熔鹽材料工況不同，其換熱特性也不同，當前的技術研究方向仍以解決熔鹽儲熱在光熱電站的應用需求為主，而在調峰調頻和綠電消納等可行性研究仍有瓶頸，缺少實驗數據[1]。

由熔鹽儲熱和光熱機組的換熱形式可分為直接式和間接式。直接式，即直接利用熔鹽材料實現熱能傳導和蓄能，在400至 500^°C 溫度區間建立：太陽能 $$ 熔鹽 $$ 蒸汽的能量轉換循環方式，其朗肯循環效率高。間接式，即以流體介質，通過中間換熱系統進行熱能傳導并最終實現熔鹽蓄熱。集熱管系統吸熱后，被加熱的介質匯流至母管，并通過泵送方式實現系統動力循環，途經蒸汽發生器進行熱交換產生蒸汽，或經過熔鹽冷熱儲罐系統進行熱交換改變熔鹽工況。因流體介質材料的熱穩定性，導熱油限定的工況通常在 400^°C 以下，但導熱油系統可實現獨立系統運行，在脫離儲能系統下仍可實現鏡場與蒸汽輪機機組的發電運營，因此光熱機組多采用間接式熔鹽儲熱系統[2]。

1.1熔鹽儲熱設備和管道系統簡介

全球已投運槽式光熱機組的熔鹽儲能系統，單組最大容量為50MW，采用熔鹽冷熱雙罐，熔鹽介質在冷熱兩罐中循環換熱。雙罐技術在實踐中，可增加儲罐數量構成多罐系統，增大儲熱量，提高了機組的可靠性和靈活性，避免了斜溫層問題。

本機組50MW熔鹽儲熱單元中主要設備為一熱罐和一冷罐、六臺油鹽換熱器、六臺熔鹽泵、一臺排鹽罐、兩臺排鹽泵以及系統管道等。熔鹽總量為4.44萬噸，設計熱能存儲容量為1650MWth，油鹽換熱器負荷為285MW，熔鹽罐每天可儲熱12.5小時，轉換率可達 90% 。本機組共配置四個單元，總容量為200MW3。熔鹽系統的管道包括：冷泵出口及再循環管道、熱泵出口及再循環管道、應急排鹽管道、熔鹽雜項管道、氮氣平衡管道、換熱器連通管道、輔助系統管道。

2.熔鹽儲熱系統適配性應用的風險分析

2.1熱載體介質參數要求導致的設備采購風險

光熱產業的技術和設備的研究方向，一是核心設備（介質）在高參數工況下的運行能力。高溫熔鹽材料傳熱系數高、熱穩定性高和質量傳遞速度快。量產耐高溫熔鹽，理論上選用混合組分為碳酸鹽和氯化鹽（鎂、鉀和鈉）的混合體系，來提高材料的整體效率。通過混合不同熔點和沸點的無機鹽，可調配出溫度工況差異的復合鹽熔鹽。比如，仍在可研階段的超臨界布雷頓循環光熱發電系統，模擬的熔鹽溫度可達 800^°C ，冷熱罐溫差可達100至120^°C 本項目熔鹽組分為硝酸鈉和硝酸鉀（6：4），在260至 550^°C 之間為液體，其熔化熱為 161J/g ，比熱容為1.53J/（g?K） 。

二是光熱發電核心設備在新型動力循環下產業鏈的產品升級。由于熔鹽熱載體的特性，篩選產品時應當確保介質抗凝功能。如熔鹽泵的選型，要關注泵體的材質以及配套的流量和揚程能力。而在熔鹽電加熱器選用上，主流是380V 的低壓電阻式，因此低成本且高電壓等級產品是研發的方向。

2.2熔鹽儲熱系統施工工藝風險— 陶粒土工藝

熔鹽罐基礎內部采用陶粒填充，密實度要求壓實率達 98% MDD，靜載實驗要求Minimum Ev2=90Mpa^[4] 。因陶粒質地松散，每層回填最大厚度控制在 200mm ，震動碾壓前每層壓實前滿鋪 10mm 鋼板，可避免陶粒擾動。

2.3熔鹽儲熱系統施工工序與系統完備的風險

系統管道施工工序和TOP驗收工序不當將導致水壓以及冷態調試無法實施。管道安裝從地面部分開始，先安裝冷（熱）鹽泵到熱交換器和熔鹽罐的管道。TOP驗收順序為冷罐后熱罐、儲罐本體、鹽泵及管道、輔助系統、排鹽系統、換熱器。

2.4熔鹽儲熱系統調試復雜性和運營穩定性的風險

熔鹽儲熱系統調試風險分級多，對系統運行缺陷的應急處理要求嚴格。如系統泄漏和熔鹽堵凍問題；罐體溫差控制問題，易導致罐底焊縫撕裂和罐體變形；熔鹽流量控制問題對傳熱效率的影響[5]，電伴熱保溫效果決定了罐體溫度上限。

從設計層面完善應急系統，如設置緊急排鹽系統，有效保障設備安全。考慮防凍堵運行需求，優化熔鹽罐出口、閥門、熔鹽泵等易凍堵設備的布置。在滿足應力條件下，管系布置盡量少彎頭、多直段。每增加一個彎頭，壓力損失約增加0.1至 0.2MPa ，流量變化 5% 至 10%_c 。管道坡度大于 3% ，多彎管路坡度當大于 5% 0

3.熔鹽儲能系統經濟性分析

在我國光熱發電領域，已經完善了發展大規模光熱發電的條件，如光資源豐富的用地，全產業鏈產品的推廣和核心設備的研發。某項目50MW容量單元儲熱系統總造價約52392.4萬元，單瓦造價10.48元，經濟性不高，需要分析熔鹽儲能系統在提高效率和降低成本兩個方面。

在系統效率提高方面，一是使用具有更大溫度區間（儲熱容量大）和更高循環效率特性的吸熱裝置（集熱鏡）以及導熱介質。二是系統嵌入新型動力循環，儲熱系統工況溫度實現 700^°C_c

在降低成本方面，研發新一代的商用化熔鹽，具備耐高溫、熔點低、低成本的優勢。同時技術更新迭代聚焦儲罐系統優化和加熱器的產品升級，實現技術配套，構建國家及行業級的評價體系。

4.熔鹽儲熱系統的場景應用一火電調峰和供熱

理論上，如果熔鹽儲能系統能實現高換熱效率（熔鹽對蒸汽）和增加儲能時長，就能參與火電機組的調峰功能。以高參數和寬溫域的熔鹽適配雙罐是具備可行性的。如蒸汽介質儲熱，即引出的蒸汽介質（主蒸汽或再熱蒸汽）嵌入熔鹽儲能系統；如電力加熱儲熱，即用電力（發電機出口）加熱熔鹽系統的電加熱；如煙氣儲熱，即通過煙氣對熔鹽換熱器實現混合型加熱。熔鹽儲熱系統嵌入火力發電機組的優勢在于其極大地提高了系統高溫蒸汽供給能力和機組深度調峰能力，但上述儲熱方式對火力發電系統及局域電網的負面影響仍需對比研究。

綠電供熱的應用作為新能源消納的途徑之一，其過程是利用過剩電能（來自風電或光伏的余電量和低谷電）對熔鹽進行加熱，供暖給水升溫后進入供暖系統[]。

5.結束語

本文基于光熱發電的背景下，就熔鹽儲熱系統的成熟應用展開論述，以設計優化和材料更迭提高系統的儲能密度及熱效率，加速其他場景的應用實踐，如火電靈活性改造、清潔供熱、工業蒸汽等領域。熔鹽儲熱具有儲能容量大、儲存周期長、成本低等顯著優勢，風險較小，但也有關鍵設備制造標準缺失和系統集成評價體系不規范問題。隨著低成本熔鹽的研發推廣和以熔鹽為工質的設備制造標準的完善，熔鹽儲熱技術在新型電力系統中的應用空間將更為廣闊。

參考文獻：

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[4]陶粒型熔融鹽儲熱罐基礎建造技術及驗收規程：T/CSPSTC114-2023[S].

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[6]贠韞韻。含光熱電站的綜合能源系統優化運行策略研究[D].北京交通大學，2024（02）：22-28

[7]陳樂涵。考慮集中式光熱電站熔鹽熱力學性質的新型電力系統機組組合模型[J/OL].電網技術，2025（12）：33-37作者單位：中國能源建設集團天津電力建設有限公司