2023年中国熔融盐储热行业研究：应用场景概述

行业研究| 2023/02 储能系列 摘要 熔融盐储热行业综述 熔融盐储热是指把普通的固态无机盐加热到其熔点以上形成液态，然后利用熔融盐的热循环达到太阳能传热蓄热的目的。按结构可分为单罐系统和双罐系统。熔融盐储热属于热储能，装机规模较大，且安全环保，使用寿命在25年以上。作为储热介质的熔融盐使用温度范围广，传热性能好、饱和蒸汽压低、化学性质稳定，适用于光热电站中。在应用场景上，熔融盐储热广泛使用于光热电站、火电机组灵活性改造、供热供暖、余热回收方面。 熔融盐的主要原材料为硝酸钠和硝酸钾，中国是硝酸钠生产大国，硝酸钠产能可以支撑熔盐需求；硝酸钾产量呈现下降趋势，价格涨幅较大，未来熔融盐需求上涨可能带来硝酸钾供不应求。 与锂电池相比，熔融盐储能工作温度广、饱和蒸气压低、热稳定性好，安全性更高。 熔融盐储热应用场景 光热发电是指将光能转化为热能、再转化为机械能并进行发电的过程，光热电站是利用光热发电原理建造的电站。 火电机组是中国现有装机中占比最大的灵活性调峰电源，高温熔盐储热系统既能适应高温又能储热，非常适合火电改造。 在供暖供热方面，熔融盐储热可以利用夜间谷电加热熔盐储存热量并在白天为居民供暖供热。 熔融盐储热在余热回收领域的应用，可以提高回收利用效率，为钢铁企业带来经济收益。 熔融盐储热企业推荐 西子洁能是清洁能源装备及解决方案提供商，为鲁能海西州格尔木多能互补集成优化示范项目提供了熔盐蒸汽发生系统。 可胜技术主要从事熔盐储能光热发电解决方案的提供，目前已建设多个已投运的熔盐储能项目。 名词解释 熔融盐储热：熔融盐储热技术是通过储能材料的显热变化来实现热能存储与释放的一种技术，即把普通 的固态无机盐加热到其熔点以上形成液态（常见的食盐氯化钠在801℃熔化），然后利用熔融盐的热循 环达到太阳能传热蓄热的目的。 熔融盐：熔融盐是指熔盐的熔融态液体，通常说的熔融盐是指无机熔盐的熔融体。 硝酸钾：无机化合物，俗称火硝或土硝，化学式为KNO3，是含钾的硝酸盐，为无色透明斜方晶体或菱 形晶体或白色粉末，无臭、无毒，有咸味和清凉感。在空气中吸湿微小，不易结块，易溶于水，能溶于 液氨和甘油，不溶于无水乙醇和乙醚。 硝酸钠：无机化合物，为吸湿性无色透明三角系晶体。加热至380℃时分解。极易溶于水、液氨，能溶 于甲醇和乙醇，极微溶于丙酮，微溶于甘油。溶于水时吸热，溶液变冷，水溶液为中性。用于制硝酸、 亚硝酸钠，作玻璃、火柴、搪瓷或陶瓷工业中的配料，肥料，制硫酸工业中的催化剂等。 光热电站：光热发电是通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置，利用太阳能加热收集装置内的传热 介质，再加热形成水蒸汽或直接带动发电机发电。光热发电的原理是将光能转化成热能，再转化成机械 能，最后转化成电能的过程。光热电站就是利用光热发电原理建造的电站。 饱和蒸汽压：指在密闭条件中，在一定温度下，与固体或液体处于相平衡的蒸汽所具有的压强。 MW：兆瓦，表示功率的单位，常用来指发电机组在额定情况下单位时间内能发出来的电量。 熔融盐储热是指把普通的固态无机盐加热到其熔点以上形成液态，然后利用熔融盐的热循环达到太阳能传热蓄热的目的，按结构可分为单罐系统和双罐系统 熔融盐储热属于热储能，装机规模较大，且安全环保，使用寿命在25年以上；作为储热介质的熔融盐使用温度范围广，传热性能好、饱和蒸汽压低、化学性质稳定，适用于光热电站中 熔融盐的主要原材料为硝酸钠和硝酸钾，中国是硝酸钠生产大国，硝酸钠产能可以支撑熔盐需求；硝酸钾产量呈现下降趋势，价格涨幅较大，未来熔融盐需求上涨可能带来硝酸钾供不应求 2011年至2021年，全球共发生32起使用锂电池的储能电站起火或爆炸事件，其中25起使用三元锂电池，与锂电池相比，熔融盐储能工作温度广、饱和蒸气压低、热稳定性好，安全性更高 中国熔融盐储热行业综述——定义及生产原理 熔融盐储热是指把普通的固态无机盐加热到其熔点以上形成液态，然后利用熔融盐的热循环达到太阳能传热蓄热的目的，按结构可分为单罐系统和双罐系统 熔融盐储热系统示意图 熔融盐储热技术是通过储能材料的显热变化来实现热能存储与释放的一种技术，即把普通的固态无机盐加热到其熔点以上形成液态（常见的食盐氯化钠在801℃熔化），然后利用熔融盐的热循环达到太阳能传热蓄热的目的。熔融盐是指熔盐的熔融态液体，通常说的熔融盐是指无机熔盐的熔融体。熔融盐储热目前主要应用于光热电站建设中，同时也可应用于火电机组灵活性改造、居民生活供暖供热、钢铁行业余热回收等场景。 吸热器 高温熔盐罐 汽轮发电机 蒸汽发生器 冷却塔 定日镜 低温熔盐罐 熔融盐储热结构分类 熔融盐储热系统按结构可分为单罐系统和双罐系统，单罐系统是指仅设置一个熔盐储罐，加热和换热过程在这一个储罐中完成；双罐系统是指设置两个储罐，分别为热储罐、冷储罐，冷储罐中熔盐在电加热器中加热，热储罐中的熔盐通过换热器放热，完成熔盐的储热放热循环。因结构设置的不同，这两种系统对应的应用场景也有所不同。单罐系统更适用于小面积、生活供暖供热，双罐系统更适用于大面积、工业供暖供热。 熔盐储热循环 熔盐放热循环 应用场景 系统类别 熔盐储罐中的高温熔盐通过熔盐泵进入到换热系统中与供暖、供生活热水的循环水回水进行加热，加热后的循环水供水为用户供暖、供生活用水，放热后的熔盐回到熔盐储罐进行储存，完成熔盐放热循环 适用于小面积供暖、供生活热水、清洁电能的消纳领域 熔盐储罐（双罐系统为冷盐罐）中的低温熔盐通过熔盐泵进入到熔盐电加热器，通过智能互补系统利用风电、光伏、夜间低谷电在电加热器中加热熔盐，加热后的高温熔盐回到熔盐储罐中进行储存，完成熔盐热循环 单罐系统 热盐罐中的高温熔盐通过熔盐泵进入到换热系统中与给水进行换热，给水被加热成蒸汽，放热后的熔盐进入到冷盐罐中进行储存，完成熔盐放热循环 适用于大面积供暖、供工业蒸汽、发电、电厂调峰领域 双罐系统 中国熔融盐储热行业综述——性能对比 熔融盐储热属于热储能，装机规模较大，且安全环保，使用寿命在25年以上；作为储热介质的熔融盐使用温度范围广，传热性能好、饱和蒸汽压低、化学性质稳定，适用于光热电站中 熔融盐储热与其他储能方式性能对比 储能技术按能量转换方式可以分为机械储能、电化学储能、热储能等，抽水蓄能、飞轮储能等属于机械储能，锂电池、钠离子电池等电池形式属于电化学储能，熔融盐储热属于热储能。熔融盐储能通常设置在地广人稀的地区，装机规模较大，且安全性高，排放的蒸汽绿色无污染。通常熔融盐储能搭配光伏电站使用，因此寿命较长，在25年以上。但与电化学储能相比，熔融盐储能能量转换效率较低。 各类储热介质性能对比 储热介质 优点 缺点 熔融盐导电性能优良，稳定使用温度在300-1,000℃之间，使用温度范围广阔； 凝固点高、防凝要求高、某些熔盐具有 熔盐 蒸汽压力低，热容量大，溶解杂质的能力很强；腐蚀性具有低黏度，化学性质稳定 混凝土 成本低、结构简单、运维方便、使用寿命长 使用温度低 水/水蒸汽 经济性高，可直接带动汽轮机，省去换热环节 系统压力大，传热能力差，危险性较高 价格高、使用温度低、易燃易泄露、污染性较强 导热油 流动性好、传热性好、凝固点低 在热储能领域，传热和储热介质多样，各有优缺点。目前较为常用的几种储热介质有熔盐、混凝土、水或水蒸汽、导热油。其中，混凝土、水蒸汽、导热油均存在使用温度较低的缺陷，而在光热电站中，塔式光热电站高温介质的温度最高可达600℃，因此限制了这些介质在光热电站中的使用。熔融盐使用温度范围在300-1,000℃，同时具有传热性能好、饱和蒸汽压低、化学性质稳定等优点，特别适用于光热电站中。 中国熔融盐储热行业综述——熔盐原材料分析 熔融盐的主要原材料为硝酸钠和硝酸钾，中国是硝酸钠生产大国，硝酸钠产能可以支撑熔盐需求；硝酸钾产量呈现下降趋势，价格涨幅较大，未来熔融盐需求上涨可能带来硝酸钾供不应求 熔盐原材料情况分析 熔融盐储热技术所使用的熔盐不是普通的无机盐，而是采用一定比例的硝酸钠与硝酸钾混合制成的熔盐，要求和标准更加严格，通常比例为60%硝酸钠和40%的硝酸钾。 中国硝酸钠进出口情况 中国硝酸钠进口数量，2018-2022年 中国硝酸钠出口数量，2018-2022年 单位：吨 97.0 100 单位：万吨50 42.1 32.9 59.8 46.3 47.0 50 2018 2019 2020 2021 2022 2018 2019 2020 2021 2022 中国是硝酸钠生产和出口大国，硝酸钠产能在满足国内自用需求的同时，还出口至韩国、印度、加拿大、美国等海外市场。2018年至2022年，中国硝酸钠进口数量小且逐年降低，出口数量大，以十万吨计，近年来出口数量有所下降但呈现上涨趋势。硝酸钠进出口数据体现出中国硝酸钠产能水平的不断提升，预计未来可以支撑熔融盐储热需求增长带来的熔盐需求上涨。 中国硝酸钾产量及价格情况 中国硝酸钾产量，2017-2021年 中国硝酸钾平均价格，2017-2022年 单位：万吨85 单位：元/吨7,000 6,672 81.4 80.0 80 6,000 78.4 77.5 5,013 74.2 75 5,000 4,569 4,387 4,235 4,318 70 4,000 2017 2018 2019 2020 2021 2017 2018 2019 2020 2021 2022 硝酸钾在中国主要应用于农业种植、工业、玻璃行业，下游应用广泛。2017年至2021年，中国硝酸钾产量经历了上涨至下跌的过程，同时硝酸钾价格波动较大。2019年后硝酸钾产量下跌，市场上硝酸钾供应量减少，硝酸钾价格涨幅较大，2022年受上游氯化钾成本上涨影响，硝酸钾价格进一步飙升。预计未来随着熔融盐储热需求的增长，硝酸钾可能出现供不应求的市场局面。 中国熔融盐储热行业综述——熔盐安全性高 2011年至2021年，全球共发生32起使用锂电池的储能电站起火或爆炸事件，其中25起使用三元锂电池，与锂电池相比，熔融盐储能工作温度广、饱和蒸气压低、热稳定性好，安全性更高 全球部分电化学储能电站起火或爆炸事件统计熔融盐储热是 时间 地点 电池类型 使用时长 时间 地点 电池类型 使用时长 2018-09 韩国/济州 三元锂 4年 2019-05 中国 锂电池 1年8个月 2018-11 韩国/忠南 三元锂 11个月 2019-05 韩国/全北 三元锂 1年 2018-12 韩国/江原 三元锂 1年 2019-05 韩国/庆北 三元锂 2年3个月 2019-01 韩国/庆南 三元锂 10个月 2021-01 韩国 三元锂 2年 2019-01 韩国/全南 三元锂 1年2个月 2021-04 韩国/忠南 三元锂 2019-01 韩国/全北 三元锂 9个月 2021-04 中国 磷酸铁锂 2019-01 韩国/蔚山 三元锂 7个月 2021-07 澳大利亚 锂电池 测试 2019-04 美国 三元锂 2年 2022-02 美国/加州 锂电池 1年3个月 锂电池作为目前技术发展较为成熟的储能方式，具有能量转换效率高的优势，但同时也有安全性较差、使用寿命短的缺点。2011年至2021年，全球共发生32起使用锂电池的储能电站起火或爆炸事件，其中25起使用三元锂电池。锂电池对于工作温度较为敏感，一旦电池内部温度过高，电解液就会发生分解进而引发电池燃烧甚至爆炸。通常三元锂电池最高工作温度在300℃以内，磷酸铁锂电池在700-800℃之间。 熔融盐储热技术安全性高 熔盐沸点高，在较高温度下，熔