闫少君

2021年10月24日，国务院印发关于《2030年前碳达峰行动方案》的通知，通知明确以钢铁为主的高载能行业将率先实现碳达峰，这对全国整体实现碳达峰具有重要影响，同时对钢铁企业加快绿色低碳转型提出了更高的要求。

一、储热在钢铁行业的应用现状

我国钢铁工业的快速发展，面临着越来越严峻的资源、能源瓶颈制约，开展余热余能的回收利用是降低钢铁生产能源消耗的有效方式。目前，钢铁厂的余热回收利用主要是通过汽化余热锅炉回收热能，采用蒸汽储热器存储热能，利用低品质饱和蒸汽发电实现余热的回收和利用，而高温热能利用率不高，存在较大的能源浪费。

业内专家指出，钢铁行业存在较大的节能潜力，尤其在煤气及蒸汽耦合利用等方面存在较大的提升潜力；同时钢铁行业拥有丰富的二次能源，但该能源具有间歇性、波动性及品质参差不齐的特征。在新的发展形势下，将成熟的储热系统在钢铁生产中创新应用前景非常广阔。

思安新能源股份有限公司研发的储热技术回收高温余热，可以保持高温余热的高品质热能优势，降低高温烟道换热器设计难度和成本，采用高参数蒸汽发电，可以大幅提高发电量，有利于钢铁企业降本增效，具有良好的市场推广价值。

另外，思安新能源储热发电方案，可以快速调节蒸汽输出、调节发电机输出功率，具有很强的发电灵活性，适合跟踪用电负荷波动，也可用于电网调峰。

二、储热调峰解决方案

1、总体思路

基于钢铁企业煤气发电和余热发电机组现状，依托思安新能源具有核心知识产权的固体储热、熔盐储热等储热技术以及能源数字化平台，结合分时电价、电力交易等多能协同控制技术，强化钢铁企业能源系统可调节能力，使其具备承担削峰填谷，促进新能源消纳等重要调峰功能，解决大规模可再生能源引入导致的区域源荷不匹配等问题，增强源网荷互动能力，平衡区域用能，全面优化能源结构并提升能源利用价值。

该公司将储热装置与目前现有的煤气发电、余热发电进行耦合，利用储能技术将高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、热烟气的热量进行存储，减少余热余能资源的浪费，稳定发电机组工况，可大幅提高自发电率；与分时电价的峰谷平实行错峰发电，通过科学调度，实现用能成本的优化，获得稳定可观的经济效益。

2、储热调峰解决方案

基于负荷分析和机组调峰能力，依托该公司储热调峰系统，耦合原有煤气发电机组和余热机组，除原机组外，新增部分主要配套煤气燃烧系统、熔盐储存系统、蒸汽发生系统、发电系统、烟气余热回收系统、烟气固体储热系统，配套电气、热控、仪表、土建工程等。

2.1煤气机组储热技术路线

（1）基本原理。储热系统与原煤气发电系统并联运行，通过存储煤气燃烧产生的热量，控制向汽轮机输送的主蒸汽参数，实现调峰目的。储热采用燃烧煤气加热熔盐进行储存热量，高温烟气经余热回收后送入煤气发电脱硫。放热采用储存的高温熔盐与给水换热，产生主蒸汽和再热蒸汽，并入汽轮机发电。

（2）运行原则。储热系统与原煤气发电系统协作运行，工艺系统设备主要包括：熔盐加热及余热回收系统、熔盐储存系统、熔盐蒸汽发生系统、配套的公辅设施等。其中储热系统给水由原煤气发电系统供应；储热系统烟气并入原煤气发电系统；储热系统产生蒸汽并入原煤气发电系统。

（3）熔盐储热优势。一是调峰能力大。利用熔盐能量密度高、高温下稳定性高的特点，可进行大规模储热调峰发电，可发电约100兆瓦的储热发电规模。二是安全稳定性高。产生不同参数的蒸汽，有效解决了高、中压缸进气不均造成汽机推力不平衡问题，避免再热器进气量不足过热的问题。

（4）储热介质：熔盐（二元盐）

2.2 烟气储热技术路线

（1）基本原理。储热调峰系统与原余热发电系统协作运行，通过存储高温烟气的热量，控制进入余热锅炉的烟气参数，实现调峰的目的。对于烧结、转炉等波动较大的热源，设置储热装置在烟气量大或烟气温度偏高时，将锅炉入口烟气通过接出的分支管道，分流给烟气储能装置进行热量储存；当烟气不足时，储热装置切换到放热模式，将储能装置存储的热量以烟气的形式放热进入锅炉，维持锅炉进口烟气量和烟气温度的稳定，从而维持汽轮发电机组进汽量和进汽温度的稳定，增加机组运行稳定性。当用户用电有峰谷价差时，将谷电时段进入烧结余热锅炉的部分烟气分流进入烟气储能装置进行热量存储，在峰电时将热量放出；通过烟气储热装置将部分谷电发电量转移至峰电时间段，获取峰谷电价所带来的经济效益。

（2）运行原则。该公司研发的新型固体储热产品，烟气储热装置基于显热储热的原理，采用余热锅炉高温烟气作为热源，进行加热储热体。加热过程中，高温烟气通过储热体放热，储热材料逐渐升温，加热出口烟温逐渐上升；放热过程，低温烟气通过储热体后被加热，材料逐渐降温，放热出口烟温逐渐下降。

（3）储热装置。储放热过程气体流向相反，随着流动，气体中的烟尘沉降至底部灰斗，通过输灰器连通沿流程方向的排灰口，将装置底部灰输送至端部，从而排出设备。如果烟气含尘量较小，可不设灰斗及排灰结构，提高系统经济性。

（4）储热材料。该公司在耐热混凝土体系的基础上，通过优化配合比、添加改性物质、优化生产工艺等手段，通过数年研发与大量实验，提高材料的导热系数和体积热容的同时，显著提升了材料的力学性能（＞80兆帕），保证材料使用寿命。储热材料主要原材料为玄武岩、安山岩、辉绿岩、花岗岩、石英岩，辅助以改性矿物添加剂、高性能外加剂。

2.3 源网荷储一体化技术路线

源网荷储一体化是电力行业坚持系统观念的内在要求，是实现电力系统高质量发展的客观需要，是提升可再生能源开发消纳水平和非化石能源消费比重的必然选择，对于促进我国能源转型和经济社会发展具有重要意义。

（1）基本概念

源（余热利用、土地及资源利用）——太阳能和风能等清洁能源、企业土地资源，配置光伏发电、风电。

网——供电线路、新建配电网、变电站。

荷（生产用负荷）——连续性生产用电，如风机；可间断生产用电，如磨机。

储（储热调峰、柔性调节）——实现源侧余热机组、光伏发电、风力发电柔性调节，保证负荷侧供电。

余热利用——充分挖掘企业自身资源优势，提高自身供能比例。

土地利用——充分挖掘生产线周边恢复矿山资源优势，提高自然资源利用率。

柔性调节——利用储热调峰、能源管理系统实现新能源就地消纳。

（2）实施路径

依托高耗能企业变电站、配电网等存量资产，建设“光伏+储能+电动汽车充换电+电力负荷聚合优化调度平台”为核心的“光储充云一体化”项目，实现园区“源网荷储”一体化管控与调度，最大程度上消纳新能源，打造循环经济园区“发－配－售一体化”综合能源服务模式。

3、实现综合价值

储能调峰解决方案在钢铁企业的应用：首先该公司可以解决热能供求在时间和空间上的不匹配，提高能源利用效率的有效手段，给钢铁企业带来三种直接收益：一是稳定煤气、蒸汽的参数提高余热发电机组发电效率；二是利用电网的谷价电生产，由储热系统将余热储存，在电价高峰时段用储存的余热发电，企业少用电网的峰价电，通过峰谷套利的形式获得稳定的经济效益；三是储热装置还能解决炉侧短时故障带来的紧急停机、系统防冻等问题。

其次，该公司的储热调峰解决方案使得钢铁企业具备稳定的调峰能力，使得钢铁企业大规模引入新能源成为可能，从根本上优化钢铁企业的能源结构，并获得额外的调峰服务增值收益。

三、政策导向及应用前景

1月26日，国务院新闻发布会披露，工信部与国家发改委等相关部门正在研究制订新的产能置换办法和项目备案的指导意见，逐步建立以碳排放、 污染物排放、能耗总量为依据的存量约束机制。同时对工业行业实施差别电价、电力交易方面的政策也在逐步出台，以此来收紧碳排放、能耗总量等约束机制。因此，钢铁企业压减产能的压力愈加强烈且长期存在。

2月份，国家发改委、国家能源局发布《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》，提出提升可再生能源消纳水平，推进电力源网荷储一体化和多能互补发展。钢铁企业通过建设以光伏和风电为主的新能源，配备适当规模的储热系统，将形成企业用户侧“源网荷储一体化和多能互补”系统，大幅提升钢铁企业新能源绿应用占比，同时发挥负荷侧调节作用，实现源网荷协同优化、需求响应精准化，减少削峰填谷的需求响应影响。

在供给侧和需求侧改革双重压力下，对高耗能企业配置储热进行调峰，是未来高耗能企业生存的重要手段。通过配置储热调峰的作用：一是在差别电价约束下，利用峰谷价差生产，降低企业生产成本。二是在减产、减排降耗约束下，通过调峰服务，促进可再生能源消纳，降低单位产能的碳排放，避免大量压缩产能，减少企业损失。

钢铁企业拥有丰富的余热资源，调峰潜力依然较大。据不完全统计，截至2020年底，我国钢铁企业自发电装机已超过40吉瓦，可调峰潜力较大。基于储热系统的钢铁源网荷储项目，可有效优化钢铁企业能源结构，并获得较高的经济收益。据业内专家预测，储热调峰解决方案在钢铁企业的应用，会产生较高的经济效益和社会收益，并得到大规模的应用。

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