CIES2025|中国电科院储能所胡晓：高温复合相变储热技术及应用

中国储能网讯：

3月23日，由中国化学与物理电源行业协会主办并联合500余家机构共同支持的第十五届储能大会暨展览会（简称“CIES2025”）在杭州国际博览中心召开。

CIES大会以“绿色、数智、融合、创新”为主题，针对储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨，分享可持续发展政策机制、资本市场、国际市场、成本疏导、智能化系统集成技术、供应链体系、商业模式、技术标准、示范项目应用案例、新产品以及解决方案的普及和规模化工程应用。

在3月24日下午的储热与长时储能专场中，中国电力科学研究院有限公司储能研究所教授级高级工程师胡晓作了题为《高温复合相变储热技术及应用》的主旨演讲。

以下内容根据大会发言整理提炼，仅供参考。

胡晓

大家好！我是来自中国电力科学研究院储能研究所的胡晓，今天的报告题目是《高温复合相变储热技术及应用》，主要是想跟大家分享一下从电网的角度对储热技术的理解，报告分为三个部分：一是高温储热技术在电网中的角色与定位，二是中国电科院在其中的探索与实践，三是目前面临的挑战以及关于未来研究方向的思考。

一、高温储热技术在电网中的角色与定位

在未来高比例新能源接入的情况下，可能新能源会超过60%。同时，电网也有越来越多的电力电子设备接入。在这样的情况下，对于电网来说有一个“双高”特性，它的稳定性会受到非常大的影响，电网的短时功率平衡和长时能量平衡的难度就大幅度增加了，新型电力系统也会面临前所未有的挑战。

电网需要实时平衡，储能技术的加入就可以打破电力系统在发电、输电、变电、配电、用电，这个全链条必须实时平衡的强耦合的瓶颈，提升整个系统的灵活性。同时储能也是一个能源的枢纽，可以实现电能向多种能源的转换，构建一个以电为中心，包括热、电、气、氢能多能融合的综合能源网。

但不同的场景对于储能技术的需求有很大差异，主要分为这几大类：一是系统的调峰和新能源消纳，二是满足尖峰负荷供电，三是参与电网系统的安全稳定的控制，包括提供惯量与一次调频、暂态调控。参与电网系统的安全稳定的控制，是电化学储能的主战场；而储热技术更大的应用空间在调峰和新能源消纳。

在解决弃风弃光、促进可再生能源消纳，参与电网调峰、负荷侧调节等电力辅助服务市场，以及综合能源服务等市场，储热技术均有应用价值和市场空间。除此之外，储热技术在电供暖、工业蒸汽、余热回收等热能利用市场，还拥有其它储能技术无法参与的应用场景。

热能在社会中的用能占比非常大，所以也决定了它可以成为电网灵活调节的资源。储热作为典型的长时储能，灵活性突出，可为新型电力系统的构建提供有力支撑：在电源侧整合新能源的同时耦合火电机组提高灵活性；在工业用热、民用供暖等用户侧实现热能高效利用与灵活调节资源构建；并通过与电网侧的互动共同支撑新型电力系统的构建。

这是这几年越来越多的政策去支撑储热用到电网调峰和消纳，政策也提到用热储能的方式将电能存储，实现绿电、谷电的存储和转化利用，不仅可以有效解决电网削峰填谷和可再生能源电力并网消纳问题，而且对于推动清洁供暖、改善大气环境有重要意义。

二、中国电科院的探索与实践

从2014年开始的，我们开展了10多年的热能技术研究，主要集中在四个方面：一是高温复合相变储热材料的配方和批量制备的工艺，二是蓄热体的结构设计，三是储/换热测试技术，四是系统集成。

1.高储热密度高导热高温复合相变储热材料配方设计

我们选择的是高温复合相变材料这条技术路线，因为它的储能密度比较高，开发了系列相变材料，相变温度包括300、500、700到最高的800，它可以实现较高的储热密度。

但是研发高温复合相变材料也存在很多难题，包括多元体系的物性平衡难题、相变材料本身导热系数低带来的热应力问题，也会导致循环寿命不足的问题。针对这些难题，我们选择了氧化镁的骨架材料，以它为基材去提升整体材料的导热性能和机械性能，以碳酸盐等作为相变储热介质，由它们承担储热这部分的功能，提升储热密度。我们现在的材料可以基本上循环3000次。比如说用在供暖行业，民用供暖一年供暖期128天，它基本可以到20年的寿命。

2.高成品率工业级储热模块批量化制备技术

在实验室制备小的储热模块相对比较容易的，不会涉及到均一性的问题，包括材料组分本身的均一性，以及制备材料时的环境条件均匀性，比如说烧结环境温度场的均匀性，基于这些挑战，我们开发出了微包裹、压制成型、烧结制度相结合的批量化制备工艺。通过配方组分之间合理的颗粒匹配的方案，让它的结构在压制的时候，致密度和成型率能够得到提升，目前已经实现吨级每天的制备规模。

3.差异化布置电热元件与紧凑型蓄热体结构设计方法

如果我们的加热元件是均匀分布的，这个蓄热体的温度一定是不均匀的，因为它内外的传热边界条件都不一样。这样带来的情况就是蓄热体的温差会非常大，比如现在1兆瓦级的装置最热点和最冷点的温差能到两三百度。它带来的问题是装置最高温点达到温度上限时，比如800度，其他地方才到500度、600度，其实很多材料没有被有效利用起来，整个储热密度也上不去。

所以，我们会根据仿真或者实际实验中的数据分析，给它提供一个差异化布置加热元件的方式，来保证整个蓄热体的温度均匀性，我们现在大概能做到1兆瓦温差在100度左右。

4.基于响应面分析的换热流道参数优化设计方法

我们也搭建了一个1MW/10MWh验证的实验平台，来支撑我们的研发工作。

5.海外研发

我们有一个海外研发团队，欧洲院，它也和英国伯明翰大学建立了联合实验室，在材料制备、理化性能表征等方面做了许多工作。在去年的时候，我们合作的一个项目也入围了全球可再生能源奖项。

我们的研发成果也在很多地方实现了示范应用，主要分两个方面：一是民用供暖，二是工业用热。

民用供暖方面，主要采用700度相变材料，因为它的温度比较高，储能密度比较高，能够做得紧凑。在苏州同里做了冷热联供的示范。同时我们也针对青海等高海拔地区特殊的地理条件研发了适应它的装置。

工业方面，这是一个非常大的市场。因为蒸汽是工业生产所需要的一个很重要的介质，比如福建沿海一带的工业，他们用燃气作为燃料供蒸汽，成本比较高，而且天然气的供应不是那么稳定。

我们当时做示范项目的时候测算过，蒸汽的价格不到400元时，用电价谷电3毛钱就可以跟它持平。刚才老师也讲到可能有的时候蒸汽价格可以到600，用电来作为能源的经济效益就会凸显。

此外，现在有些地方出现了负电价的情况，这种情况也会让我们以电加热的形式，会比燃气形式的经济性更加凸显。我们已经示范的这几个项目，都很大程度地降低了平时的能源成本。

三、面临挑战及未来方向的思考

储热技术作为典型的长时储能技术，通过“电热”或“电热电”能量转换路径，已成为支撑新型电力系统灵活性与安全性的核心手段。

然而，其发展长期受限于两大瓶颈：一是电热电效率限制，传统“电热电”循环效率较低，通常≤40%，难以与电化学储能（效率≥85%）竞争；二是功能单一性，早期技术以“电→热”单向调节为主（如区域供热），缺乏双向能量转换能力，难以满足电网对灵活性资源的多元化需求。

这种情况下，我们希望它突破的方向：一是让它具有惯量支撑能力，比如说熔盐储热+汽轮机，其实它可以给电网提供类似火电的惯量响应。目前火电还是电网稳定调节的压舱石，如果储热这块也能起到这部分的作用，其实对于电网后续的平衡是非常有利的；

二是长时调节的能力。现在长时的需求还不是那么明显，但是到后面可再生能源达到60%以上，那个时候季节性的电力缺口会更加明显。现在国外也有很多用地下含水层跨季节存储的案例，它可以实现天级、周级、季节这种不同时间尺度的能量的转移。以储热、液流电池为代表的长时储能技术，非常有优势的一点是它是能量和功率解耦的储能方式，可以根据不同储能时长的需求去配储不一样的系统。这一点对于电网来说，也是一个非常灵活的方式。

在储热本身的角度，目前传统的储热主要处在响应速度、储热时长比较适中的中间阶段，对于在电网中未来的应用，它可能会朝着两端发展：一个是短时快速响应的储热技术。它面临的场景还是针对以后可再生能源接入更多的情况带来的电价频繁波动，虽然目前国内大部分还是以一天波动一次的峰谷电价的循环去配储热，但欧洲已经出现了每天多次电价波动的情况，比如3小时波动一次。这就需要我们短时间之内快速把热量加进去，一天可能响应两三次的峰谷电价，它的盈利模式会更加灵活。

另一个是刚才说到的面向电网的跨季节调节的资源，包括刚才老师们讲到的热化学储能，还有近些年比较前沿的深过冷的的储能技术，都是能够实现跨级储能的技术路线。

我的分享就到这里，谢谢大家！