科技新进展：熔盐储热耦合煤气与新能源发电调峰技术

一、研究的背景与问题

钢铁企业煤气发电机组数量多、装机规模大（约695台、总装机约34.73GW），具备参与需求侧响应与电力调峰的基础，但在新能源占比提升与峰谷价差扩大背景下，传统煤气发电系统普遍存在“可调能力不足、煤气余能浪费、用能成本上升”三重矛盾。以山西建龙实业有限公司为例，企业规划/建设光伏总规模达320MW，在新能源满发时发电量可能超过全厂负荷的50%，面临弃光与消纳压力；而厂内现有2×100MW煤气发电机组未配置储热缓冲装置，难以实现主动快速调节。与此同时，高品位煤气余能利用效率偏低：受煤气压力波动、检修/故障放散等因素影响，存在放散浪费现象；叠加生产环节柔性负荷不足，难以通过负荷侧“躲峰”降低电费。2025年峰谷平均价差进一步拉大，使企业用能成本压力进一步加剧。因此，亟需开发“高炉煤气—熔盐储热—发电”耦合调峰关键技术，将煤气发电的刚性出力转化为可调节的柔性负荷，提升新能源消纳能力并降低综合用能成本。

二、解决问题的思路与技术方案

针对钢铁企业煤气发电系统调节能力不足、新能源消纳困难及峰谷电价下综合用能成本较高等问题，提出“高炉煤气—熔盐储热—蒸汽/发电—新能源协同调峰”的总体技术路线。其核心思路是：以熔盐储热系统为中间能量缓冲单元，将高炉煤气的间歇波动能量和新能源富余电量转化为可储存、可调节、可按需释放的热能，以熔盐热能的形式存储，再通过蒸汽系统与煤气发电机组耦合，实现煤气余能高效利用、新能源电量灵活消纳和机组出力平滑调节，从而把原本刚性的煤气发电系统改造为具备灵活调峰能力的多能协同系统。

本技术方案主要包括以下四个层面：

1.系统耦合总体方案

在原有煤气发电系统基础上，新增高温熔盐储热装置、熔盐加热/放热换热装备、熔盐循环泵组、储罐系统及控制调度系统，形成“煤气侧—熔盐侧—蒸汽侧—电力侧”四侧耦合的综合调峰平台。

2.储热与放热过程技术原理

采用显热型高温熔盐作为储能介质，依靠熔盐在高低温储罐之间循环实现热量存储与释放。

储热过程：高炉煤气余能或富余新能源电力首先转化为热量，经加热装置传递给低温熔盐，使其温度升高后进入高温熔盐罐完成储热。在该过程中，系统重点解决煤气热源波动大、低负荷工况下换热效率下降以及储热过程动态不稳定等问题，通过优化换热温差匹配、熔盐流量调节及控制逻辑，保证储热过程安全、连续、高效。

放热过程：当进入电价高峰时段、机组需要提升出力或厂区需要增强用能保障时，高温熔盐从高温罐输出，经蒸汽发生器或换热单元向给水/蒸汽系统放热，生成满足参数要求的蒸汽后并入煤气发电机组热力系统，从而实现调峰发电。放热后的熔盐降温进入低温罐，完成一个完整循环。通过合理匹配熔盐流量、蒸汽流量和换热面积，可确保放热过程快速响应、蒸汽参数稳定、并汽过程安全可靠。

三、主要创新性成果

1、开发了熔盐储热与煤气发电/新能源发电系统耦合技术，首次将熔盐储热技术应用于煤气发电。

构建了煤气发电耦合熔盐储热整体热力系统模型，通过对煤气、给水、蒸汽系统的平衡构建掌握了煤气发电系统的各参数影响规律，在此基础上，引入熔盐系统与煤气发电和新能源发电系统进行耦合，以热量-质量平衡为底层逻辑，经过大量系统连接方式探索，重构了煤气-蒸汽-电力多能流平衡，为原有煤气发电系统增加了调峰功能，实现将刚性负荷转换为柔性负荷。

2、开发了基于大高差低负荷特征的换热装备高效传热与储热系统快速并汽响应策略。

提出了基于大高差低负荷特征的高温熔盐储热系统高效传热的工艺优化策略，解决了低负荷运行模式下系统换热效率低下的问题；同时也提出了基于熔盐储热系统与煤气发电系统联合运行的快速并汽响应的2种策略，解决了储热系统供汽响应慢、并汽时间较长的现象。针对峰谷电价下调峰系统的运行状态提出了一系列运行策略，实现系统的宽负荷高效率运行，并汽时间缩短50%。

3、提出多目标优化下的动态电价调度与运行策略，并在工程实际中指导运行提升收益。

面向电力市场化交易与峰谷价差持续扩大的运行环境，构建了以动态电价为驱动的熔盐储热调峰系统运行策略与调度优化方法。在统一煤气能量、熔盐储放热能力与发电功率等关键物理量的基础上，建立多工况下的线性化运行模型与策略评估框架，明确“谷段多充少放、平段边充边放、峰段少充多放”的协同运行原则，并将其转化为可直接指导工程运行的调度策略。通过模型分析与工程对比验证可显著提升系统在峰谷电价条件下的综合收益水平，为后续储热速率提升、储能容量扩展等改造方案的收益评估与决策提供了定量依据。

四、应用情况与效果

本成果授权专利10件，成果于2024年4月起在山西建龙钢铁有限公司实现工程示范应用，建成并投运高炉煤气耦合熔盐储热调峰示范项目。项目配置调峰功率5MW，熔盐储热量79.5 MWh，单次储热时长约6h，通过高炉煤气加热熔盐并在调峰时段释放热量，为煤气发电机组提供稳定可控的调峰蒸汽。项目于2024年4月完成系统调试并顺利并汽运行，实现了煤气发电机组在不新增主体发电设备条件下的灵活调峰。

示范运行结果表明，该系统在典型运行工况下，熔盐储/放热功率分别达到15.3 MW和15.9 MW，储热效率约89%、放热效率约98%，系统运行稳定可靠。项目年调峰电量约820万kWh，可等比例消纳新能源电量约820万kWh，全生命周期预计实现二氧化碳减排约18万吨，并有效回收短时放散高炉煤气约5000万Nm³。在峰谷电价条件下，系统通过“谷段充热、峰段放热”的运行模式，单日调峰收益约1.2–1.4万元，月度综合收益约40–50万元，显著提升了煤气资源利用效率和企业用能经济性。

该项目是钢铁行业煤气发电系统引入熔盐储热实现工程化调峰的首次示范应用，验证了该技术在复杂工业场景下的可实施性、稳定性与经济性，为钢铁行业高比例新能源消纳、电力系统柔性调节及煤气资源高效利用提供了可复制、可推广的工程示范路径。

   信息来源：山西建龙钢铁有限公司