1.2.5 储热

热/冷能是重要的人类能源利用形式，占终端能源消费的40%～50%，储热技术应用领域十分广阔。现有的能源开发利用体系中，绝大部分的能量形式转化均涉及热能，如图1-14所示。受限于能量转化过程的损耗，储热极少用于电能的存储（输入和输出均为电），往往作为能量形式转化过程中的一个环节，如太阳能热发电、电供热等；或者仅作为热力系统的储能，如工业余热存储后再利用等。

按照储热原理的不同，主要分为显热储热、潜热（相变）储热和化学储热三种形式。其中，显热储热（利用储热材料温度变化实现热能的吸收和释放）技术最成熟、成本最低廉，应用最广泛，在电力系统中主要用于火电厂余热的回收再利用和太阳能光热发电。目前，常用的显热储热材料主要包括水、导热油、熔融盐等，其中，熔融盐已成为高温储热领域的研究热点，在光热发电领域得到较好应用。

相比其他储能技术，储热具有技术成熟、成本低、寿命长、规模易扩展且储能规模越大效率越高等优点。目前电力系统中应用较多的熔融盐储热主要采用硝酸盐或多元硝酸盐的混合物作为储热介质，具有成本适中、温域范围广、流动性好、蒸汽压力低等优点，并且无毒、不易燃。储热效率可达90%左右。

熔融盐储热系统与太阳能集热设备、汽轮发电机等设备共同组成光热发电系统，可以有效克服太阳能的间歇性和波动性，使太阳能的利用具备可调节能力，增加系统的灵活性。这种应用是未来储热技术在电力系统应用的主要发展方向。另一方面，熔融盐储热也存在用于发电时热-电转化效率低（40%～50%）、热量易散失、配套的集热设施（如镜场）成本高等问题。

以熔融盐储热为代表的显热储热技术较为成熟。以光热电站中常用的双罐式熔融盐储热系统为例，成本为25～40美元/kWh，其中，熔融盐的材料成本约占50%，如图1-15所示。无论熔融盐（当前价格为500～700美元/t）还是配套设备，成本下降空间均有限，但随着技术的进步，设备的使用寿命有望提高。

目前，储热技术在电力系统中最主要的应用是利用熔融盐储热实现太阳能热发电。西班牙、美国、摩洛哥等国家已经实现了光热发电的商业化运行。在我国，光热发电技术也已经步入产业化应用阶段，截至2019年年底，已有约20万kW投入商业运营。在太阳能-热能-电能转化的过程中，需要配置储能来实现电站出力的可调节性。太阳能本身无法存储，转化为电能后直接存储的成本较高，而利用熔融盐在热能环节实现储能，成本相对较低。

光热电站多采用双罐式熔融盐储热系统，一般由热盐罐、冷盐罐、泵和换热器组成。当充热时，低温熔融盐从冷盐罐中被泵送至太阳能集热器系统中加热后成为高温熔融盐，再被放入热盐罐存储起来；当放热时，热盐罐中的熔融盐被泵入至蒸汽发生器中释放热量，将冷凝水加热为高温高压的水蒸气后，自身温度降低再被送回冷盐罐存储。水蒸气则进入汽轮机组发电。

储热技术还广泛应用于供热、工业余热利用等领域，技术路线繁多。利用熔融盐、镁砖等材料的显热储热技术已经实现商业应用，利用混凝土等新型材料的显热储热技术还处于研究示范阶段；利用石蜡等材料的潜热储热技术开始初步商业化应用，同时不断研发其他材料；化学储热还处于实验研究阶段。