熔盐VS固体蓄热，谁是工业蒸汽的更佳替代方案？

蒸汽是工业生产的重要能源形式，近段时间以来，在煤和天然气价格上涨的压力下，工业蒸汽的价格亦在攀升，这对用能单位造成了越来越大的压力。

煤和天然气的价格在上涨，而谷电电价在下调，峰谷电价差在拉大，在这样的背景下，利用低谷电热储能实现稳定低成本的高质量工业蒸汽供应，愈加现实和可行。

在低谷电供蒸汽的技术方案中，熔盐储能和固体蓄热为两种主流的可选方案，这两种技术方案到底哪种更佳？中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司的张怡等人对此作了研究。

其以某工程为例，对熔盐蓄热系统与固体蓄热系统进行了设计研究、对比，提出了熔盐蓄热系统设计的优化方案，并从系统性能、经济性和可靠性方面做了对比。

结果表明：所提出的优化方案有利于节省投资、节约占地、简化系统；对于存在边蓄热边放热工况的电蓄能供热站，推荐采用熔盐蓄热方式，更有利于蒸汽发生的稳定；熔盐蓄热系统虽较复杂，总投资也略高，但其换热效率较高，耗电量较省，运行成本较低，收益更高。若可以进一步降低总投资，熔盐蓄热技术将成为传热蓄热方面最具竞争优势的清洁供热方式。

某工程利用夜间谷电8 h加热熔盐蓄热，再通过高温熔盐与给水换热产生0.75 MPa的饱和蒸汽10 t/h，需满足企业1天24 h的供汽量。方案主要包括蓄热系统和蒸汽发生系统。

由于0.75 MPa对应饱和蒸汽温度约为170℃，暂采用某低温盐（凝固点为115℃，熔盐使用上限为570℃）为储热介质，储热时长8 h，储热量为25 MW/200 MW•h。

蓄热系统熔盐罐采用双罐配置，即一台冷盐罐和一台热盐罐，冷盐罐中配置3*50%冷盐泵，热盐罐中配置2*100%热盐泵。熔盐电加热装置采用2*50%方案，一台电加热器功率13 MW。蒸汽发生系统采用1*100%容量组合式换热器，同时设置给水启动电加热器。

本项目所在地区夜间低谷电价0.16元/(kW•h)，熔盐电加热器运行功率约为25 MW。若年运行300天，那么系统电耗量为60 000 MW•h/a。水费为3.5元/t，考虑蒸汽不回收，耗水量为10 t/h。蒸汽售价若按照210元/t考虑，对外供汽10 t/h，1天运行24 h。按照系统运行25年测算，得到熔盐蓄热系统财务评价结果见下表。

由上表可以看出：熔盐蓄热总投资约5 000万元；在谷电价格较低、弃光弃风地区，工程的项目投资财务内部收益率较好，为7.8%；投资回收期约11.3年，经济性较优。

固体蓄热中较为成熟的是采用蓄热砖蓄热技术。其主要组成部分有蓄热材料、电加热管、结构件和保温材料等。利用电加热管将电能转化成热能存储在蓄热材料中，温度最高可达800℃。放热过程利用引风机将空气引入蓄热体内，变成高温热风输送出来。热风经过气水换热器将热量传递给补水，提供蒸汽给用户。

该类蓄热装置因其初投资较低、产出多样化，广泛应用于实际工程项目中。但该类蓄热装置仅适合输出低品质的能源，其产生的蒸汽温度不高于200℃。该类蓄热装置的输入电源既可以是低压（380 V），也可以是高压（10 kV，甚至35、66 kV）。

目前蓄热砖蓄热装置采用模块化设计，单模块最大可做到6 MW左右。由于固体储能从蓄热到放热效率较熔盐蓄热更低，约85%，因此对于本项目，若采用固体砖蓄热，电加热运行功率有所增加，约27 MW，蓄热量为216 MW•h。经计算，需配置4台蓄热装置，每台装置重约600 t。总体占地面积与优化后熔盐蓄热占地面积相当。

采用固体蓄热装置，电源可由高压10 kV接入，与熔盐蓄热相比可以节省变压器费用。并且固体蓄热将关键设备集成在蓄热装置中，系统间连接管道材料量更为节省。现场安装工作量也因为其模块化配置，相应减少。

采用固体蓄热装置，电源可由高压10 kV接入，与熔盐蓄热相比可以节省变压器费用。并且固体蓄热将关键设备集成在蓄热装置中，系统间连接管道材料量更为节省。现场安装工作量也因为其模块化配置，相应减少。

在土建结构方面，固体蓄热模块仅需要考虑模块区域基础。4台蓄热装置，每台装置重约600 t。而熔盐蓄热结构则分成熔盐储罐基础和蒸汽发生系统平台2个部分。单台熔盐储罐约1 200 t（含熔盐），本项目采用双罐配置。因此，比较后发现，固体蓄热系统的建筑费用也较省。

本项目外部条件如前所述，运行功率约为27MW，耗电量为64 800 MW•h/a。蒸汽售价还是按照210元/t考虑，对外供汽10 t/h，1天运行24 h。按照系统运行25年测算，得出其财务评价结果见表2。由表2可以看出：固体蓄热系统虽然总投资较省，约4 000万元；但全寿命周期上看经济性比熔盐蓄热系统略差；投资回收期为11.7年，项目投资财务内部收益率为7.3%。

2种蓄热方式在电加热模块中电热转化效率都很高，可以达到99%。在后续热交换过程中，熔盐储能系统的高温熔盐经一体式蒸发器与水换热，得到蒸汽产品，经过一次流体与流体的换热。而固体储能系统中，高温蓄热砖与热风换热，热风再经换热器与水换热，经过了固体与气体换热、气体与流体的2次换热过程，其换热效率低于一次流体换热效率。因此，从整体热效率看熔盐储能系统更优。

从系统控制来看，由于高温熔盐温度几乎恒定，经换热器换热情况简单，易控制，蒸汽产品质量稳定。而固体蓄热系统，在放热过程中，随着热风的不断循环，固体蓄热装置温度慢慢降低，热风温度也随着降低，因此在放热后期还需调节热风量、水量，来保证蒸汽产品质量。

从总投资看，由于熔盐蓄热的工艺流程较固体蓄热工艺更为复杂，因而使项目从设备采购、安装、建筑方面投资都较高。

但在营收相当的情况下，熔盐蓄热放热的全系统流程换热效率较高，全寿命周期下熔盐蓄热的投资回收期与项目投资财务内部收益率略高。

对于蒸汽供热需求的热用户，推荐采用固体蓄热技术与熔盐蓄热技术。

固体蓄热系统设计成熟，但从已运行的工程来看，固体蓄热装置除了换热效率略低以外，还存在一些亟待解决的问题，如固体砖多次加热后分化开裂、内部传热不均导致电加热丝烧毁等。相比较，熔盐蓄热供汽系统虽较复杂，总投资也略高，但其换热效率较高，耗电量较省，运行成本较低，收益更高。在做好防凝措施的基础上，熔盐蓄热使用寿命长。针对边蓄热边放热的工况，熔盐蓄热技术运行更稳定可靠。

若系统设备可以进一步优化，降低总投资造价，熔盐蓄热技术有望成为传热蓄热方面最具竞争优势的清洁供热方式。