《電氣技術》論文分享｜600MW機組項目驗證成功！熔鹽儲能助力火電機組調頻性能大幅提升

濟寧華源熱電有限公司、西安熱工研究院有限公司、西安石油大學機械工程學院的岳增剛、張鳳雷、代本謙、兀鵬越、謝佳，在2025年第11期《電氣技術》上撰文，為提升熱電聯產機組的調頻性能，在燃煤機組中引入熔鹽儲能進行火儲聯合調頻。首先介紹熔鹽儲能的系統結構和運行特點，然后給出熔鹽儲能接入火電機組廠用電系統的方案，設計熔鹽儲能耦合火電機組自動發電控制（AGC）調頻方案，并在某600 WM機組調頻項目進行驗證。研究結果表明，熔鹽儲能輔助火電機組調頻效果良好。結論可為同類火儲聯合調頻的工程應用提供參考。

近年來，大量新能源并網，其間歇性和波動性影響電力系統穩定運行，增大了電網調峰調頻需求。新型電力系統的構建，提高了對燃煤機組運行靈活性和經濟性的要求。與此同時，社會經濟迅速發展使工業供熱需求日益增長，大量燃煤機組需要進行抽汽供熱改造，但其調頻性能往往受供汽需求的影響。為提升熱電聯產機組的調頻性能，引入熔鹽儲能技術，其高能量密度、長壽命周期、經濟環保等優勢，適宜與火電機組耦合，能提升機組自動發電控制（automatic generation control, AGC）調頻性能，并且緩解供汽壓力。

儲能輔助機組參與AGC調頻，本質上是改變機組上網的負荷來跟隨調度指令。在熔鹽儲能耦合火電機組調頻中，通過改變熔鹽電加熱功率，響應調度指令的變化，也能達到調頻目的。這種調頻方式相比鋰電池儲能調頻方式，具有成本低、壽命長、幅度大的特點，參與供汽機組調頻具有顯著優勢。

1 熔鹽儲能耦合火電機組調頻

1.1 熔鹽儲能耦合火電機組原理

熔鹽儲能是一種顯熱儲能技術，具有價格便宜、工作溫度高、環境友好等優點，已成熟應用于太陽能光熱電站，還應用于火電機組靈活性改造，其核心技術是將熔鹽儲能技術與火電機組相結合，參與電網調峰、調頻服務。該技術能提升傳統火電的靈活性和經濟性，為火電企業創造營收，增強競爭力。

熔鹽儲能耦合火電系統如圖1所示，由火電系統、熔鹽儲能系統和鹽-水換熱系統組成。該系統的工作原理為：熔鹽儲能系統在火電機組發電量大于電網負荷時利用電加熱器儲能、發電量小于電網負荷時釋能。

圖1 熔鹽儲能耦合火電系統

儲能過程：利用火電系統高廠變作為熔鹽儲能系統電加熱器的電源，電加熱器將低溫儲鹽罐中的熔鹽加熱，然后通過熔鹽管道存至高溫儲鹽罐。

釋能過程：將高溫熔鹽罐中的熱熔鹽導入鹽-水換熱系統，通過換熱器釋放熱量后，低溫熔鹽返回低溫熔鹽罐。鹽-水換熱系統使除氧器出口水在換熱器吸熱，溫度達到工業供汽的要求，然后蒸汽輸送至工業供汽母管。

上述過程通過消耗電廠過剩的電能，利用熔鹽電加熱器加熱熔鹽，將電能轉化為熱能儲存在熱熔鹽里。因此，考慮如何將熔鹽電氣系統接入火電機組，以完成熔鹽儲能輔助火電機組調頻功能，成為研究重點。

1.2 熔鹽儲能接入火電機組電氣方案

熔鹽儲能耦合火電機組參與調頻，從電氣角度是將熔鹽儲能系統電加熱器視為一個接入火電機組的可調整負荷，通過精穩控制該負荷的大小，達到參與機組調頻的目的。為此，需要設計接入方案，將熔鹽電加熱器電氣回路連接至火電機組。

某電廠兩臺660 MW機組配置熔鹽儲能系統，按照供熱需求和調頻需求，共配置40 MW電加熱功率，其電加熱系統需要接入原廠用電6 kV系統。熔鹽儲能電氣一次接入系統圖如圖2所示，共4個電加熱器系統，每個電加熱器系統功率為10 MW，同時與兩臺機組的高廠變低壓側相連接，通過新增箱變將交流6 kV變為交流690 V，為電加熱器提供電能。

可通過控制斷路器靈活選擇運行機組，當01、03斷路器合閘時，接入1號機組；當02、04斷路器合閘時，接入2號機組；當01、04（02、03）斷路器合閘時，儲能分為兩段分別接入1、2號機組，協助機組響應電網調頻需求。

圖2 熔鹽儲能電氣一次接入系統圖

2 熔鹽儲能耦合火電機組AGC調頻方案設計

2.1 熔鹽儲能耦合火電機組AGC調頻系統機理

熔鹽儲能耦合火電機組參與調頻，需要對火電機組的調頻考核點進行變更，使得調度能夠將機組功率和熔鹽儲能消耗的功率視為一個整體，設計出熔鹽儲能耦合機組AGC調頻方案。

熔鹽儲能耦合機組AGC調頻系統結構如圖3所示，系統采用分層分布式控制架構，由調度層、控制層和物理層3個層級構成。調度層通過遠動裝置（remote terminal unit, RTU）與電網能量管理系統（energy management system, EMS）進行信息交互，獲取AGC指令和上傳火電機組合成功率。控制層由熔鹽儲能控制系統、機組分散控制系統（distributed control system, DCS）組成。物理層包含熔鹽儲能系統主要電氣設備、火電機組、高廠變及主變壓器等一次設備。

關鍵功能設計：

圖3 熔鹽儲能耦合機組AGC調頻系統結構

1）熔鹽儲能控制系統。采用DCS控制，具有功率分配計算模塊，實時接收機組DCS傳輸的AGC指令和機組實際出力，計算電加熱系統應承擔的調節量并下發至電加熱系統。

2）更改火電機組RTU配置。原廠RTU同步采集發電機機端功率和高廠變低壓側的電加熱功率，并在RTU內將這兩個功率相減，即上送調度的合成功率為發電機機端功率減去高廠變低壓側的電加熱功率。

2.2 熔鹽電加熱耦合機組AGC調頻控制方式

火電機組和熔鹽儲能系統可以通過特定的功率分配來實現靈活性和效率的優化。具體實施時，火電機組和電加熱系統共同接收AGC調頻指令，根據當前負荷情況和電網要求進行功率的動態調節。機組和電加熱系統同時接收AGC指令，但各自承擔不同的角色與責任。熔鹽儲能系統實時監測機組輸出功率，根據實際情況計算出機組功率與AGC調頻指令之間的偏差，并控制電加熱器功率進行調節。與此同時，機組獨立響應AGC調頻指令，保持其穩定運行狀態，不受熔鹽儲能系統的影響。

熔鹽儲能系統中電加熱器以變動的負荷形式參與火電機組調頻，熔鹽電加熱器作為廠用負荷接于機組高廠變低壓側，故火電機組在AGC模式時，電加熱器參與火電機組AGC調頻須運行在一定的基礎負荷，如電加熱器額定功率為50 MW時，設置基礎功率為25 MW。

按照上述思想設計“熔鹽儲能系統電加熱器跟隨機組功率聯合調頻”的策略，電加熱器耦合火電機組參與AGC調頻。通過控制電加熱器的運行功率，使機組考核點合成功率能夠滿足電網調度AGC調頻需求。

式1、2

3 應用案例分析

為提高某600 MW火電機組的AGC調頻能力，配套機組建設熔鹽儲熱系統。項目配置8個額定功率為5 MW（共40 MW）的電加熱器，其電氣系統結構如圖2所示，熔鹽儲能系統的電加熱器通過高廠變低壓側6 kV系統接入，并就地新建熔鹽儲能控制系統對熔鹽儲能耦合火電機組進行控制。

1）熔鹽儲能系統有功功率調節

通過對該600 MW火電機組熔鹽系統中6 kV母線的電壓、電流進行測量，記錄熔鹽儲能系統有功功率調節精度。圖4給出了功率指令為5.400 MW時，電壓、電流和功率（均為有效值）的測量結果。可以看出，功率測量值在一定范圍內波動，統計該時間段內數據可得，功率測量平均值為5.400 MW，標準差為0.120 MW，92%以上的數據點位于[5.200 MW, 5.600 MW]范圍內，功率調節偏差不大于0.200 MW。熔鹽儲能系統有功功率調節精度能夠滿足調頻要求。

圖4 電壓、電流和功率測量結果（功率指令5.400 MW）

2）熔鹽儲能耦合機組AGC調節

應用于該電廠的熔鹽儲能耦合機組調頻效果如圖5所示，采用2.2節所述策略。圖5中，黑色點劃線為AGC功率指令，紅色虛線為機組出力，藍色實線為熔鹽與機組合成出力。

圖5 熔鹽儲能耦合機組調頻效果

3）熔鹽電加熱耦合機組AGC調節

自該項目涉網試驗合格后，熔鹽儲熱系統一直投運輔助機組參與AGC調頻，熔鹽耦合機組AGC調頻的綜合調頻性能指標見表1。

由表1可以看出，熔鹽儲熱系統投運之后，機組的AGC性能顯著提高，綜合調頻性能指標平均值達到5.034，與1月10日的指標2.061相比，提升了約144%，證明耦合熔鹽儲能系統能夠改善機組的AGC調頻性能，且提升效果顯著。預計新增月收益130萬元，年收益為1560萬元，項目經濟效益顯著。

4 結論

為解決熱電聯產機組調頻能力不足的問題，在燃煤機組中引入了熔鹽儲能輔助火電機組調頻，不僅提升了機組的AGC調頻性能，也緩解了熱電聯產機組的供汽壓力。

表1 熔鹽耦合機組AGC調頻的綜合調頻性能指標

1）熔鹽儲能耦合火電機組調頻的電氣、控制方案可行，工程可實施。

2）熔鹽儲能耦合火電機組調頻性能良好，能夠提升火電機組AGC調頻性能，獲取AGC調頻收益，本文案例可為同類火儲聯合調頻的工程應用提供參考。

熔鹽儲能輔助火電機組調頻技術對火電機組參與調頻應用具有較好的參考意義。在電力調頻市場的發展下，下一步可量化分析熔鹽儲能-火電機組聯合調頻的動態特性，建立“機組基荷出力+儲能調頻響應”的協同控制模型，明確不同調頻指令下的儲能充放能策略。同時，可結合調頻市場“容量補償+里程補償”的結算機制，研究聯合系統的調頻報價策略等。

本工作成果發表在2025年第11期《電氣技術》，論文標題為“熔鹽儲能輔助火電機組調頻技術應用研究”，本項目得到陜西省教育廳專項科研計劃項目支持。