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摘 要 蓄热技术在平衡可再生能源的波动性、提高能源利用效率和增强能源系统的灵活性方面发挥着重要作用。本文精选了《中国蓄热储能产业发展报告(2024)》的重要内容，从蓄热技术、发展现状和典型示范三方面，对当前我国蓄热储能行业进行综述。介绍了显热蓄热、潜热蓄热和热化学蓄热技术的特点及其适用场景，包括蓄热能力、稳定性等关键参数。概述了蓄热行业的市场规模、发展趋势及相关政策。重点关注了蓄热技术在建筑、区域供热/供冷、电力和工业过程中的典型示范，并总结了蓄热技术在多种应用场景中的实用性，为行业推广提供了经验。

关键词 蓄热；显热；潜热；热化学；项目示范；产业技术

蓄热技术是一种通过储存热能并在需要时释放为热能或其他形式能量的储能技术。其显著特点在于能够实现用能错峰，从而解决能源供需之间的时间差问题，进而提升能源利用率。蓄热技术可以与多种可再生能源系统集成，以实现热与热、热与电、电与热、电与电的能量转换。预计2030年，全球蓄热市场规模估计为423.7亿美元，全球蓄热系统的装机容量将超过800 GWh。中国的蓄热市场近年来迅速增长，已经成为全球蓄热技术发展最快的国家。本文将以《中国热储能产业发展报告(2024)》为基础，同时结合其他示范项目，进一步探讨中国现有的热技术和蓄热行业发展现状，并重点介绍在建筑、区域供热/供暖、电力和工业部门的示范项目。

1 蓄热技术

1.1　显热蓄热

显热蓄热材料包括液体和固体蓄热材料两种。其中液体蓄热材料包括水、导热油、熔盐等。油类具有相对较高的导热性，且在高温条件下不易分解。Abedigamba等发现植物油中的Roki油(葵花籽油和棕榈油的混合油)在显热储能性能上优于葵花籽油，具有更高的热导率和更广泛的热利用温度范围(冷却过程：67~76 ℃，加热过程：170~233 ℃)，适合用作家用中温应用的显热蓄热材料。熔盐是高温应用中最常用的材料，因为其具有高体积热容、高沸点、高温稳定性及接近于零的蒸气压。Wang等提出的低熔点宽液体温域混合熔盐(多元硝酸盐/亚硝酸盐混合熔盐)具有低熔点、高分解温度、高稳定性和宽液体温度范围的特点，适用于高效太阳能热发电和高温传热系统。

固体蓄热材料中的天然岩石无毒、不易燃，涵盖低温至高温的应用。Liu等发现玄武岩玻璃在高温应用中表现出优异的储热能力和热稳定性，可承受1000 ℃的高温，相比天然矿石更适用作太阳能蓄热材料。Zhang等研发了一种高蓄热密度、宽温范围且热循环稳定性强的钢渣储热材料，通过优化高温预处理和烧结工艺，解决了钢渣在成型过程中的不稳定性问题并使其在50~1000 ℃区间内的储热密度达到1222.2 J/g。混凝土蓄热系统由于具有易于设计的特点，成为了太阳能聚光应用中较有前景的蓄热固体材料。耐火砖可以在1000~1700 ℃的温度范围内有效地储存热量。胡自锋等研究发现新型MgO砖蓄热体结构在目标蓄热时间内表现出较小的整体温差值和更均匀的温度分布，实际蓄热容量达到理论值的96%。显热蓄热装置分为罐式蓄热、填充床蓄热及地下蓄热。罐式蓄热装置以流体(水和熔盐为普遍介质)作为蓄热介质，通常运用在空间供热、热电联产、太阳能和电力系统。压力水蓄热也是蓄热式压缩空气储能的关键技术，通过回收压缩热进一步提升膨胀机组运行效率，在电力调节系统中较为常见。而熔盐双罐系统在大型工业工厂、核电站和太阳能发电厂中具有显著的应用潜力。填充床储热装置是利用颗粒储存热能的技术，多用于建筑领域。地下蓄热中的热能来自太阳能、工业工艺以及冬季空气中的冷能，长期储存用于供暖或制冷。

1.2　潜热蓄热

根据相变材料的化学成分和性质，分为无机、有机以及复合相变材料。无机相变材料包括熔盐、水合盐和金属等。水合盐潜热约为240 图片，热导率约为0.5 图片(约是有机相变材料的两倍)适用于中低温蓄热，但过冷以及相分离问题常发生在相变过程。刘云汉等发现通过提升储热温度和流量，能有效缩短三水合乙酸钠填充床相变储热装置的储热时间并使热效率达到94.73%。金属具有较高的热导率、高体积储热能力，因此适合低、中、高温蓄热。Wang等揭示了液态金属镓在固-液相变过程中电导率随温度升高而降低，但热导率显著增加的特性。有机相变材料在固态状态下成型性较好、性能稳定、毒性低，且不易出现过冷和相分离现象。Geng等总结了有机相变材料在共价键修饰方面的研究进展，重点讨论了通过分子水平的结构调控提升其热物理性能和功能特性的策略。复合相变材料在提高蓄热密度、改善热导率和增强稳定性方面作出了贡献。例如田曦等以固碳废弃混凝土作为骨架材料，制备了不同质量配比的复合相变储热材料，发现固碳处理显著提升了材料熔化潜热，并改善了材料的化学相容性；许荣玉等采用冷压-热烧结方法制备的共晶四元硝酸盐基复合相变材料具有低熔点、宽温域、优异的热导率和热循环稳定性，适用于中低温热能储存。

1.3　热化学蓄热

热化学蓄热方式适用于长期甚至是季节性的热储存，储存时间长，热损失小。吸收/吸附蓄热材料除了常见的硅胶、活性炭、沸石及其衍生物外，还出现了许多新型多孔材料，例如AlPOs(磷酸铝)、SAPO(硅铝磷酸盐)、FAPO(磷酸铁)和MOFs(金属有机框架)等基于磷酸铝的分子筛。吸收/吸附蓄热适用于储存低品位热量(100℃)和中品位热量(100~400℃)。Wu等开发了一种新型MOF-氨工作对，通过CaCl2@ZIF-8(Zn)复合材料的原位生长，提高了太阳能驱动的季节性热能储存器在极端低温条件下的热能储存效率和容量。在化学反应中，金属碳酸盐的分解反应通常在100~950℃下进行，具有高体积密度、低工作压力且价格低廉等特点。徐云轩等通过分子动力学模拟了MNO3-MgO-CO2系统在反应前的三相界面，阐明了储热的碳酸化反应中熔融碱金属硝酸盐的催化机制。盐水合物在低温储热和建筑环境中的季节性储热应用中的潜力来源于其较高的能量密度和适宜的解吸温度。Gao等研究了CMK-3/CaCl2水合盐复合材料在低品位热能储存中的动力学特性、盐负载能力和热储存容量。大多数金属氢氧化物的脱水反应温度范围集中在低温区。Wang等研究了传热流体的入口温度、流速和反应床孔隙率对Ca(OH)2/CaO2在管壳式间接反应器中反应时间、传热效率和蓄热效率的影响。金属氧化物的氧还原反应避免了对高温热交换器的需求，且工作温度与集中太阳能发电厂的操作温度范围相匹配。Han等的研究表明，掺杂Al和Cr的钴基金属氧化物能够有效减小Co3O4/CoO系统的热滞后现象，并且Al的加入抑制了材料的烧结。

2 蓄热产业发展现状

蓄热产业在近年来得到了快速发展。2023年全球蓄热市场规模估计为234.8亿美元，预计到2032年将超过505.7亿美元。2022—2032年，全球市场规模预计将以8.9%的年均复合增长率持续增长[图1(a)]。在全球各地区的蓄热市场规模占比中，欧洲的市场规模占比最大，达到了36.7%。亚太地区的蓄热储能技术规模的增大幅度仅次于欧洲，占比为28.9%[图1(b)]。

图1 全球蓄热市场规模与各地区蓄热市场收入占比

在全球范围内，已安装的蓄热项目超过200个，其总储热容量超过20 GWh。中国的年储热容量区间约0.01~1 GWh。其余全球各地区已投产累计蓄热容量占比见图2。2023年，中国在亚太地区蓄热储能市场中占据了主导地位，并有望保持这一领先地位。预计到2030年，中国蓄热行业的市场规模将达到2020年的3倍。此外，中国被认为是全球蓄热领域中发展最快、潜力最大的国家。

图2 全球各地区累计蓄热容量

目前，3种蓄热技术的发展现状如下：显热蓄热储能具有最大的市场，其占据了2022年市场总量的84.8%，而潜热蓄热的市场比例不足10%[图3(a)]。这主要是因为显热储热技术适用于大规模暖通空调(HVAC)系统，并且随着太阳能热系统需求的持续增长，其应用潜力不断扩大。在材料方面，熔盐蓄热占据了市场规模的50%，以9.3%的复合年增长率增长，且亚太地区的市场增速最快。截至2023年，中国已经投运电力熔融盐项目累计605.5 MW。若按照终端用户划分，工业部门在2022年占40%的市场份额[图3(b)]，这一比例预计将随着基础设施建设支出的增加而进一步上升。分时电价政策的推出会进一步促进公共事业在蓄热市场的投入。

图3 蓄热技术的市场规模与以终端用户为基准的蓄热市场占比

近年来，我国为推广蓄热技术，先后印发了《“十四五”新型储能发展实施方案》《关于加强新形势下电力系统稳定工作的指导意见》等政策文件。这些政策鼓励蓄热系统的建设，旨在促进清洁能源的发展，并提高能源利用效率。表1汇总了近几年我国政府发布的部分政策文件。除此以外，各地方均出台了提升蓄热技术和蓄热系统的专项规划和实施方案，包括推广蓄热式电锅炉、蓄冷式空调和熔盐储热等技术。可以预期，在各级政府的大力支持和推动下，蓄热技术的应用和发展将显著提升能源利用的灵活性，同时推动清洁能源的广泛应用。

表1 中国蓄热行业相关政策

3 典型项目示范

蓄热技术在平衡能源供需和整合能源部门关系方面发挥着重要作用，从而提升能源利用效率。随着可再生能源工程的扩展，特别是太阳能热发电项目，蓄热技术在电力部门中逐渐显得至关重要。固体蓄热技术和相变蓄热技术通过结合峰谷电价政策，有效平衡电力供需，提升电力部门的灵活性和效率。在建筑领域，由于季节性能耗和多样化需求，蓄热方式涵盖多种显热蓄热技术以及中、低温相变蓄热技术。冷链运输对食品、医药等易腐商品的储存有严格的温度控制，这与潜热蓄热技术具有稳定的相变过程的特点相吻合。为满足工业生产对多种温度需求以及利用工业生产后不同温度的废热和余热，可以使用熔盐、热水、油等蓄热材料。图4展示了三种蓄热技术在不同领域的具体应用。

图4 蓄热技术的应用

项目示范选择具有代表性、先进性和借鉴性的蓄热领域项目，旨在展示并验证蓄热技术的实际效果及应用潜力。通过这些示范项目，对蓄热技术在不同应用场景中的表现进行实证评估，并对其技术可行性进行系统分析，从而为未来广泛应用提供理论依据和实践参考。

3.1　建筑部门

目前建筑能耗约占全球能源消耗的30%，建筑物中近一半的能源需求用于加热。此外，在2019年全球建筑终端热能/冷能消耗中，50%的热量来源于化石燃料。建筑部门对热能的需求大、消耗一次能源占比高，因此将建筑能源管理与蓄热技术结合是实现零碳建筑的必要手段。建筑中的蓄热技术被分为依靠建筑和环境的温差蓄热释热的被动蓄热技术和依靠动力设备促进蓄热和释热的主动蓄热技术。下文将以主动蓄热技术示范项目展开介绍。

中国科学院过程工程研究所和北京科技大学联合团队研发了长寿命和高储热密度的水合盐相变材料，在张家口北京冬奥会核心场馆建成了“相变储热-电网谷电”清洁供暖示范项目，总供暖面积 图片、总功率1.2 MW。深圳招商局港口大厦“相变蓄冷-电网谷电”中央空调蓄冷示范项目运用新型相变蓄冷材料PCM 7.5，提供蓄冷量21.7241 MWh。广州珠江新城集中供冷站82000 RTh(1 RTh=3.517 kWh)的冰蓄冷系统成为国内首个参与夏季城市电力负荷调度响应的超大型储冷项目。深圳前海区域集中供冷系统中的5个供冷站主要依靠谷电和冰蓄冷技术，为近图片的建筑提供约19 TR(1 TR=3.517 kW)的供冷服务。冀中能源井矿集团谷电加热熔盐蓄热供热示范项目采用LMPS Ⅲ号低熔点熔盐，其工作温度范围为200~500 ℃，蓄热容量为20 MWh。熔融盐储热技术用于严寒地区供热系统推广示范项目的低熔点、高比热的混合熔盐可以在呼和浩特-30 ℃的环境中稳定工作，且电热转化效率大于90%。河北辛集崇阳小区熔盐绿色供热示范项目使用蓄热容量37 MWh的熔盐罐和夜间谷电，使得每年减排图片3537 t。滁州市来安县双创产业园能源站冷热双蓄示范项目以谷电作为两座容积为1519 m3蓄水罐的热源从而进行供热和供冷。国家电投集团中央研究院负责的北京宝之谷国际会议中心综合智慧能源示范项目以谷电为热源，并采用斜温层冷热双蓄水储能罐，其水罐容积达1100 m3，蓄热量达17 MWh，蓄冷量达9.2 MWh。截至2023年，江苏金合能源科技有限公司在青海地区蓄热式电锅炉装机总容量超过300 MW，供热面积近2.510-6 m2，其中包含青海省玛多县第四片区清洁取暖改扩建示范项目、同德县尕巴松多镇一二民中片区清洁供暖示范项目等。2023年，中国大唐集团有限公司的兴海清洁供暖示范项目采用电极锅炉、空气源热泵、蓄热罐和智慧控制系统，供热量为2.68 图片 GJ，其负责的大柴旦行委清洁供暖示范项目则使用燃气锅炉、空气源热泵、蓄热水罐及智慧控制系统，供热量为图片GJ。其余示范项目见表2。

表2 建筑部门蓄热技术示范项目

被动蓄热技术在建筑领域的应用主要集中在显热蓄热和相变蓄热上。在建筑部门中，这两种技术相对于热化学蓄热更为常见的原因有以下3个方面：①显热蓄热和相变蓄热技术相对简单，具有更高的成熟度和可靠性。②显热蓄热和相变蓄热技术的材料和系统设计相对成本效益较高。③热化学蓄热技术对处理化学反应的控制和安全性具有一定的风险，因而增加了实施的复杂性和成本。上述主要以谷电作为热源，并以风能和太阳能作为辅助热源。当前实施的分时电价政策使得使用谷电的成本降低，从而导致这一现象。

3.2　区域供热/供冷

区域供热和供冷系统不仅能够作为电力部门的末端用能部门，还可作为建筑部门能源使用的集成单位。因此，本节将重点探讨以可再生能源为直接热源的区域供热/供冷系统中的蓄热示范项目。西藏自治区浪卡子县的大型太阳能跨季节蓄热储能采暖项目是中国在实施跨季节蓄热储能技术方面的典型案例，也是世界上第一个太阳能实际运行保证率达到100%的大型太阳能集中供暖项目。该项目利用太阳能技术，实现在非供暖季节捕获和储存太阳能热量，并在供暖季节提供约图片的建筑采暖服务。该项目年产能37408 MWh，其中可为采暖季提供29029 MWh的热能。2024年全面建成的青海盐湖2万t碳酸锂项目太阳能供热示范项目配有大型储热池，年设计供热量约图片 GJ。其余太阳能集中供热示范项目见表3。

表3 太阳能集中供热示范项目

目前大型的以可再生能源为直接热源的区域供热/供冷示范项目通过太阳能集热器捕获和储存太阳能热量用于蓄热技术的热能源头。并且配合跨季节蓄热技术，为终端用户供热。跨季节蓄热技术使得能源可以在不同季节之间有效地存储和调节，即使在冬季光照不足或天气阴雨时，也能提供较为稳定的供热服务。

3.3　电力部门

预计到2050年，风能和太阳能光伏合计将占全球总发电量的61%。太阳能和风能的波动性和间歇性对能源系统构成挑战，而热储存系统在缓解短期和周期性电力供应波动方面具有优势。此外，利用谷电以及电厂调峰能够优化电力系统、降低电网运行成本、提高能源利用效率和促进能源消费和电力供应之间的合理利用、分配。

中广核新能源德令哈50 MW光热项目作为国内首个大型商业化光热示范电站，采用了槽式导热油太阳能热发电技术配熔融盐蓄热系统。青海中控德令哈50 MW塔式熔盐储能光热项目配置7 h熔盐储能系统量，且2022年度电站发电146.4 GWh，减排图片约图片。50 MW以上的光热发电示范项目(已并网)见表4。截至2023年，中国各省市自治区在建和拟建(列入政府名单)光热发电项目约43个，总装机容量达到4800 MW。其中光热发电项目主要分布在太阳能资源丰富地区。目前在建成的太阳能光热项目中，主要采用熔盐作为蓄热材料。

表4 中国50 MW 以上光热发电示范项目(已并网)

压缩空气储能系统中的蓄热技术以压力水蓄热、导热油蓄热和熔盐蓄热为主。压力水蓄热系统经济，但水的临界参数较高，水罐压力随储热温度升高而显著增加，可能引发安全隐患。导热油适用于高温应用(400 ℃)，虽然储热温度较高，但其高成本、短使用寿命及挥发和碳化问题显著增加了系统的成本。因此，随着熔盐蓄热技术的进步，熔盐储热和压力水储热的联合应用成为了一种有效的解决方案。除了表5所示的示范项目外，中国科学院工程热物理研究所与中储国能(北京)技术有限公司合作开展的肥城300 MW/1800 MWh压缩空气储能示范项目，成功突破了高效超临界蓄热技术。该项目由8个单体容积为8000 m3的蓄冷和热球罐组成，总储热量达到8.3 TJ。在二氧化碳储能领域，中国科学院理化技术研究所与博睿鼎能动力科技有限公司在河北廊坊联合开发的百kW液态二氧化碳储能示范项目，采用了油水双工质双级高效蓄热技术，并于2023年投入运行。此外，位于安徽芜湖的全球首套10 MW/80 MWh二氧化碳储能示范项目，其储能容量达到1000 MWh，充分利用水泥窑废热，并于2023年底并网。

表5 压缩空气储能示范项目中的蓄热技术

在早期的调峰示范项目中，水蓄热技术因其成熟性和经济性被广泛应用，特别是在需求波动较大的地区(表6)。随着熔盐蓄热技术的逐步引入，其在高温方面的优势标志着蓄热技术的持续进步和对新技术的逐步采纳。此外，榆神榆横熔图片机组熔盐储能示范项目、郑州豫能热电熔盐储能灵活性改造示范项目以及国能龙山电厂600 MW机组熔盐储热调峰灵活性改造示范项目等正通过熔盐蓄热技术促进电力系统调峰和调频能力的提升。

表6 电力部门调峰示范项目

3.4　工业部门

我国工业领域的能源消费量约占全国的66%。此外，我国工业余热资源丰富，其中可回收利用的余热资源占其能源消耗总量的10%～40%。缓解工业消耗大、余热资源浪费的现象需要蓄热技术对工业用热进行优化和管理。

工业部门示范项目中(表7)，主要的蓄热材料包括熔盐、水和固体蓄热材料。熔盐蓄热系统因其能够存储高温热量而适用于多种工业场景，而水蓄热系统则适合处理低温至中温的工业热需求。固体蓄热材料通常用于工业高温过程中的余热或废热回收。从工业部门作为用能终端来看，谷电作为热源相对经济。从工业部门作为热源部门来看，工业部门产生的余热废热不仅可以重新用于工业生产，也可以用于区域供暖。此外在考虑废热余热作为热源不足的情况下，以太阳能等可再生能源作为补充。值得一提的是，江苏金合能源科技有限公司于2023年成功投运了国内首套结合导热油的固体蓄热式储能技术的橡胶制品生产示范项目，该项目实现了高精度控温，成功替代了传统的工业蒸汽。华北油田“储热+光热一体化应用装置”采用混凝土改性材料作为储热介质、高温导热油作为导热介质，使蓄热效率达90%，并于2024年投入运行。

表7 工业部门示范项目

4 结论

在全球气候变化和能源安全挑战的背景下，中国的蓄热产业将在实现“双碳”目标和建设清洁低碳能源体系中发挥关键作用。本文通过系统分析中国蓄热产业的发展现状，揭示3种蓄热技术在不同应用场景中的优势与挑战，并展示其在电力系统调度、工业能源利用优化和建筑能效提升等领域的广阔应用前景。

（1）政策支持和技术进步的双重驱动已显著推动中国蓄热产业市场的蓬勃发展，中国蓄热市场规模将在2030年实现两倍增长。

（2）目前，在建筑被动蓄热技术方面，主要热源来自谷电，且多集中在显热蓄热和相变蓄热技术。大型区域供暖系统通常采用“太阳能发热+蓄热装置”的模式。熔盐是太阳能光热发电的主要蓄热材料。压缩空气储能示范项目中以压力水蓄热、导热油蓄热和熔盐蓄热为主。在电厂调峰示范项目中，水和熔盐作为蓄热介质表现出了良好的发展潜力。而在工业部门，由于用热温度范围广，对各种蓄热技术的需求较为多样。

（3）显热和相变蓄热作为蓄热技术的代表，已经从工程示范成功迈入商业化阶段。相较之下，热化学蓄热技术仍主要处于研究阶段，尚未广泛实现商业化，其推广和应用仍需进一步探索和推动。

中国蓄热产业正面临新的机遇和挑战。首先，随着技术的进步和成本的降低，蓄热技术将在更多领域获得应用，例如医疗、种植业、养殖业等。其次，政策环境的持续优化和市场机制的完善将进一步推动产业的快速发展。