开启相变储热新时代

  近年来，随着可再次生产的能源迅猛发展，不稳定的风电、光伏的消纳问题成为行业痼疾。如何更好结合储能优势，消除可再次生产的能源的成长烦恼？“应时而生，顺势而为。”成立于2011年的南京金合能源材料有限公司（下称金合能源）敏锐把握机遇，果断切入高性能复合结构相变储热/储冷材料领域，短短几年内，凭借过硬的技术实力迅速扬名业内，开启相变储热的新时代。截至目前，已开发出一系列具有自主知识产权的储热/储冷系统装置，可大范围的应用于弃风电/低谷电清洁供热/冷、太阳能光热利用、分布式能源、工业间歇性余热/冷存储及利用、建筑节能、电动车温度调控等领域。

  围绕相变储热、清洁供暖、清洁能源消纳等问题，记者专访了金合能源总经理陈久良。

  中国能源报：在储能领域，技术路线有很多，金合能源为何当时选择主攻相变储热？

  陈久良：首先，金合能源的愿景是通过发展储能技术与产品致力于让能源守衡，也就是解决能源生产与消费在时间和空间上的不平衡问题。我们认识到储能对于构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源产业体系，推进我国能源行业供给侧改革、推动能源生产和利用方式变革具备极其重大战略意义。

  其次，金合能源技术发展的战略是先储热后储电。目前储能某一种意义上与储电划上了等号，但储能另一个重要的组成部分——储热被忽视了。事实上，从能源消费形式而言，无论是工业生产还是居民生活，热能与电能占整个能源消费的比例是相当的；从供给侧看，过程工业在生产的全部过程中产生了大量的余热被浪费，尽管通过余热锅炉已经回收利用了一部分，但由于缺少先进的储存技术，更大一部分是被浪费了。从技术经济性角度而言，储电目前成本过高，商业模式还有待探索，而储热成本仅为储电的20%左右，已经具有商业推广价值。

  再次，从储热技术发展路径来看，传统技术两三百年前就已开始使用，例如用水、岩石、混凝土等介质，包括目前国内使用较多的固态氧化镁。这类技术统称为显热储热技术，其特点是储热介质获取容易且价格低，但储热密度有限且存储和释放过程不可控，不足以满足大规模存储的需要。为解决大规模存储问题，近年来国内外诸多高校、科研院所及公司开始致力于发展相变储能技术，其主要特征就是储热密度高，但相当一部分还停留在科学研究阶段，材料的规模化制备及技术的产业化应用还处于起步阶段。而金合能源的相变储热材料基于“千人计划”专家、英国伯明翰大学——北京科技大学联合能源与环境研究中心主任丁玉龙教授近20年研究成果积淀，是技术发展的风向标，遥遥领先业界，可很快投入规模化和产业化。

  中国能源报：自2011年成立至今，作为后起之秀的金合能源，哪些方面的成就让业界瞩目？

  陈久良：金合能源目前已开发出数十种复合相变储热材料，应用温度范围可覆盖-150℃到1000℃，具有储热密度高、导热性能好、体积变化小、使用寿命长、应用范围广等特点，无论是技术的成熟性还是经济性在国内外均处于领先水平。特别是在中高温段材料工艺中采用多孔载体对相变材料进行微结构封装，使材料性能更稳定、成本更低廉，该工艺在全世界属于首创，技术壁垒高。

  2016年初，金合能源建成世界上第一条中高温复合相变储热材料生产线，并开始批量化生产；同年，自主研发的基于高温复合相变储热材料的新型储热式电锅炉，在国家能源局新疆阿勒泰风电清洁供暖示范项目上实现应用；新型储热式电暖器在河北省涿州市“煤改电”项目中也得到了应用。

  中国能源报：雾霾肆虐，为打好蓝天保卫战，防治大气污染，国家把“煤改电”“煤改气”进行清洁供暖作为一项重大民生工程，如何看待清洁供暖？

  陈久良：从某种意义上讲，“煤改电”“煤改气”是能源消费方式的变革，同时有利于推进能源生产方式的变革，为可再生能源的发展创造更大空间。清洁供暖取得明显成效的同时，在实际推进过程中也出现一些问题，如去年冬季的气荒，但整体来看，清洁供暖市场规模巨大。

  考虑到中国能源资源禀赋，以及依旧严峻的弃风、弃光形势，从能源供应保障角度来看，“煤改电”在清洁取暖中的比例应进一步提升。

  陈久良：目前，采用电供暖的方式大致可分为两类：直热式电供暖和蓄热式电供暖。比较而言，以蓄热式电锅炉和蓄热式电暖器为代表的蓄热式电供暖优势明显：可利用低谷电、弃风/光/水电，电价较为低廉，运行费用较低；采用冗余度设计，应用灵活，便于行为节能；紧急情况下自带应急备用功能，不影响正常供暖；可采用高压电直热技术制造大功率设备，配电及系统造价较低；有利于电网削峰填谷，按照《北方地区清洁取暖规划（2017-2021）》，如果15亿平方米电供暖都采用蓄热式，规模将达到150000MW，是我国抽水蓄能电站2020年规划目标的2倍多，调峰作用巨大。

  金合能源基于复合相变储热材料开发的蓄热式电锅炉和电暖器目前已经在市场上推广，其储热密度高、设备体积小，可实现能量按级存储和利用，储热换热效率高，相比同类的水蓄热和固体蓄热优势更明显。以怀来县宏润热力站为例，采用10kV接入的蓄热式电锅炉，尽管建筑保温条件较差，供暖设备投入不到80元/㎡，平均日耗电量约0.75kWh/㎡，按照张家口地区清洁供暖的低谷电价0.15元/kWh计算，单位取暖电费仅16.875元/㎡/供暖季，完全在可接受的范围内。

  中国能源报：关于风电消纳问题，能具体介绍一下储热式电锅炉在新疆阿勒泰风电清洁供暖示范项目中的应用情况吗？

  陈久良：这一项目采用的是金合能源自主开发的大功率高电压新型电热储能锅炉，也是全球首次采用大容量微结构复合相变储热技术。与传统蓄热方式相比，微结构复合相变储热方式的单位体积蓄热量更高，投资成本更低，有效节省占地空间，特别是储热放热过程可控，系统热效率确保能够达到95%以上，这是传统技术很难实现的，非常适宜大规模弃风电储热供热应用。

  工作原理是利用当地弃风电力加热蓄热式电锅炉内的复合相变储热材料进行热量存储，替代燃煤锅炉进行供暖。项目自2016年10月验收以来，可实现年消纳弃风电约1000万度，减少供暖用标煤约4000吨。

  陈久良：2017年，公司业务范围覆盖北京、河北、山西、吉林、新疆、内蒙古等地，共建成储热式电锅炉60MW，日储热量超过330MWh。2017年，公司储热式电锅炉和储热式电暖器被认定为江苏省高新技术产品，其中储热式电锅炉还荣获国际储能创新大赛储能应用创新典范TOP10及中国清洁空气联盟发起的“创蓝奖”。

  中国能源报：创新发展是企业的永恒旋律，金合能源未来的发展方向和战略定位是什么？

  陈久良：一是将现有储热技术推广应用至以下领域：工业领域，主要利用廉价的低谷电或弃风/光/水电，为工业生产提供蒸汽、热水、热油和热风；热电机组灵活性改造，进一步提高热电机组调峰能力，从而提高可再生能源发电上网的比例；低温核反应堆供热系统，主要是满足其调峰和热能传输需求；工业余热回收，特别是分散、非稳态、能级跨度大的余热资源；太阳能光热储热，替代目前的熔盐系统，使储热系统更加简单可靠，且建设成本大幅下降。

  二是发展储冷技术和材料，主要应用于LNG冷能回收利用、建筑供冷、冷藏及冷链运输等领域。

  三是发展深冷液态空气储能技术，进入储电领域，目前已完成相关基础研究并开始申报专利。同时，研究开发化学储热技术。

  近年来，随着可再生能源迅猛发展，不稳定的风电、光伏的消纳问题成为行业痼疾。如何更好结合储能优势，消除可再生能源的成长烦恼？“应时而生，顺势而为。”成立于2011年的南京金合能源材料有限公司（下称金合能源）敏锐把握机遇，果断切入高性能复合结构相变储热/储冷材料领域，短短几年内，凭借过硬的技术实力迅速扬名业内，开启相变储热的新时代。截至目前，已开发出一系列具有自主知识产权的储热/储冷系统装置，可广泛应用于弃风电/低谷电清洁供热/冷、太阳能光热利用、分布式能源、工业间歇性余热/冷存储及利用、建筑节能、电动车温度调控等领域。

  围绕相变储热、清洁供暖、清洁能源消纳等问题，记者专访了金合能源总经理陈久良。

  中国能源报：在储能领域，技术路线有很多，金合能源为何当时选择主攻相变储热？

  陈久良：首先，金合能源的愿景是通过发展储能技术与产品致力于让能源守衡，也就是解决能源生产与消费在时间和空间上的不平衡问题。我们认识到储能对于构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源产业体系，推进我国能源行业供给侧改革、推动能源生产和利用方式变革具有重要战略意义。

  其次，金合能源技术发展的战略是先储热后储电。目前储能某种意义上与储电划上了等号，但储能另一个重要的组成部分——储热被忽视了。事实上，从能源消费形式而言，无论是工业生产还是居民生活，热能与电能占整个能源消费的比例是相当的；从供给侧看，过程工业在生产过程中产生了大量的余热被浪费，尽管通过余热锅炉已经回收利用了一部分，但由于缺少先进的储存技术，更大一部分是被浪费了。从技术经济性角度而言，储电目前成本过高，商业模式还有待探索，而储热成本仅为储电的20%左右，已经具有商业推广价值。

  再次，从储热技术发展路径来看，传统技术两三百年前就已开始使用，例如用水、岩石、混凝土等介质，包括目前国内使用较多的固态氧化镁。这类技术统称为显热储热技术，其特点是储热介质获取容易且价格低廉，但储热密度有限且存储和释放过程不可控，无法满足大规模存储的需要。为解决大规模存储问题，近年来国内外诸多高校、科研院所及企业开始致力于发展相变储能技术，其主要特点是储热密度高，但相当一部分还停留在科学研究阶段，材料的规模化制备及技术的产业化应用还处于起步阶段。而金合能源的相变储热材料基于“千人计划”专家、英国伯明翰大学——北京科技大学联合能源与环境研究中心主任丁玉龙教授近20年研究成果积淀，是技术发展的风向标，遥遥领先业界，可很快投入规模化和产业化。

  中国能源报：自2011年成立至今，作为后起之秀的金合能源，哪几个方面的成就让业界瞩目？

  陈久良：金合能源目前已开发出数十种复合相变储热材料，应用温度范围可覆盖-150℃到1000℃，具有储热密度高、导热性能好、体积变化小、常规使用的寿命长、应用场景范围广等特点，无论是技术的成熟性还是经济性在国内外均处于领先水平。尤其是在中高温段材料工艺中采用多孔载体对相变材料来微结构封装，使材料性能更稳定、成本更低廉，该工艺在整个世界属于首创，技术壁垒高。

  2016年初，金合能源建成世界上第一条中高温复合相变储热材料生产线，并开始批量化生产；同年，自主研发的基于高温复合相变储热材料的新型储热式电锅炉，在国家能源局新疆阿勒泰风电清洁供暖示范项目上实现应用；新型储热式电暖器在河北省涿州市“煤改电”项目中也得到了应用。

  中国能源报：雾霾肆虐，为打好蓝天保卫战，防治大气污染，国家把“煤改电”“煤改气”进行清洁供暖作为一项重大民生工程，怎么样看待清洁供暖？

  陈久良：从某一种意义上讲，“煤改电”“煤改气”是能源消费方式的变革，同时有利于推进能源生产方式的变革，为可再次生产的能源的发展创造更大空间。清洁供暖取得明显成效的同时，在实际推进过程中也出现一些问题，如去年冬季的气荒，但总的来看，清洁供暖市场规模巨大。

  考虑到中国能源资源禀赋，以及依旧严峻的弃风、弃光形势，从能源供应保障角度来看，“煤改电”在清洁取暖中的比例应进一步提升。

  陈久良：目前，采用电供暖的方式大致可分为两类：直热式电供暖和蓄热式电供暖。比较而言，以蓄热式电锅炉和蓄热式电暖器为代表的蓄热式电供暖优势显著：可利用低谷电、弃风/光/水电，电价较为低廉，运行的成本较低；采用冗余度设计，应用灵活，便于行为节能；紧急状况下自带应急备用功能，不影响正常供暖；可采用高压电直热技术制造大功率设备，配电及系统造价较低；有利于电网削峰填谷，按照《北方地区清洁取暖规划（2017-2021）》，如果15亿平方米电供暖都采用蓄热式，规模将达到150000MW，是我国抽水蓄能电站2020年规划目标的2倍多，调峰作用巨大。

  金合能源基于复合相变储热材料开发的蓄热式电锅炉和电暖器目前已经在市场上推广，其储热密度高、设备体积小，可实现能量按级存储和利用，储热换热效率高，相比同类的水蓄热和固体蓄热优势更明显。以怀来县宏润热力站为例，采用10kV接入的蓄热式电锅炉，尽管建筑保温条件较差，供暖设备投入不到80元/㎡，平均日耗电量约0.75kWh/㎡，按照张家口地区清洁供暖的低谷电价0.15元/kWh计算，单位取暖电费仅16.875元/㎡/供暖季，完全在可接受的范围内。

  中国能源报：关于风电消纳问题，能具体介绍一下储热式电锅炉在新疆阿勒泰风电清洁供暖示范项目中的应用情况吗？

  陈久良：这一项目采用的是金合能源自主开发的大功率高电压新型电热储能锅炉，也是全球首次采用大容量微结构复合相变储热技术。与传统蓄热方式相比，微结构复合相变储热方式的单位体积蓄热量更高，投资所需成本更低，有效节省占地空间，特别是储热放热过程可控，系统热效率确保能达到95%以上，这是传统技术很难实现的，非常适宜大规模弃风电储热供热应用。

  工作原理是利用当地弃风电力加热蓄热式电锅炉内的复合相变储热材料来热量存储，替代燃煤锅炉进行供暖。项目自2016年10月验收以来，可实现年消纳弃风电约1000万度，减少供暖用标煤约4000吨。

  陈久良：2017年，公司经营事物的规模覆盖北京、河北、山西、吉林、新疆、内蒙古等地，共建成储热式电锅炉60MW，日储热量超过330MWh。2017年，公司储热式电锅炉和储热式电暖器被认定为江苏省高新技术产品，其中储热式电锅炉还荣获国际储能创新大赛储能应用创新典范TOP10及中国清洁空气联盟发起的“创蓝奖”。

  中国能源报：创新发展是企业的永恒旋律，金合能源未来的发展趋势和战略定位是什么？

  陈久良：一是将现有储热技术推广应用至以下领域：工业领域，主要利用廉价的低谷电或弃风/光/水电，为工业生产提供蒸汽、热水、热油和热风；热电机组灵活性改造，进一步提升热电机组调峰能力，来提升可再次生产的能源发电上网的比例；低温核反应堆供热系统，主要是满足其调峰和热能传输需求；工业余热回收，特别是分散、非稳态、能级跨度大的余热资源；太阳能光热储热，替代目前的熔盐系统，使储热系统更简单可靠，且建设成本大幅下降。

  二是发展储冷技术和材料，主要使用在于LNG冷能回收利用、建筑供冷、冷藏及冷链运输等领域。

  三是发展深冷液态空气储能技术，进入储电领域，目前已完成相关基础研究并开始申报专利。同时，研究开发化学储热技术。