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在“双碳”目标推动下，热储能作为解决光热、风电波动性问题的关键技术路径，正迎来快速发展期。本报告从显热储能、相变储能、热化学储能、熔盐储热四大技术路线出发，系统梳理其技术原理、材料体系、应用场景与发展趋势，助力读者全面了解热储能技术全貌。

██ 一、显热储能技术

显热储能是目前最成熟、应用最广泛的热储能技术路线，其核心原理是利用材料温度升高（或降低）来吸收（或释放）热量，遵循热力学第一定律。储存的热量由材料的比热容c、质量m和温度变化量ΔT决定：Q = m×c×ΔT。比热容越大的材料，在相同温升下能储存更多热量。该技术具有运行方式简单、成本低廉、使用寿命长等核心优势，占热能存储市场份额的84.8%。

▶ 1.1 液体显热储能

液体显热储能以水、熔盐和高温导热油为代表介质，是目前应用规模最大的热储能形式。水因比热容高达4.18 kJ/(kg·K)而成为低温储热的首选介质，广泛应用于集中供热和跨季节蓄热领域。熔盐（硝酸盐/氯盐复合体系）则主导中高温领域，工作温度覆盖250-565℃，比热容1.5-2.5 kJ/(kg·K)，是光热发电的核心储热介质。导热油适用于60-270℃的中温工业场景，可降低供热成本30%-70%。

中国电建昆明院研发的熔盐显热回收系统可高效捕获液态熔渣余热（温度>1000℃），并利用计算模块动态优化热传递效率，显热回收率达90%以上，显著降低工业能耗。华北电力大学团队开发的熔盐耦合蒸汽蓄能器全能量储热中试平台（300kW/900kWh），整合蒸汽显热与潜热，储热效率超过95%，熔盐用量减少90%，加速燃煤机组调峰响应。

▶ 1.2 固体显热储能

固体显热储能以岩石、砂石、混凝土和陶瓷为介质，适合高温工况。卵石、沙石等材料因成本低、热稳定性好，被广泛用于中低温场景，卵石床显热储能系统已应用于太阳能采暖，通过优化孔隙率和流道设计提升换热效率达60%。碳化硅基蓄热陶瓷抗压强度达180 MPa，耐受温度>1000℃，解决了传统陶瓷易脆裂问题，适用于冶金熔渣显热回收。扎赉诺尔煤业以褐煤和粉煤灰为原料，开发高强度碳化硅基蓄热陶瓷，拓展了高温应用场景。

在电子散热领域，金刚石复合材料热导率达237.9 W/(m·K)，支持1000 W/cm²热流密度；石墨烯膜面内热导率高达1754 W/(m·K)，可将5G芯片表面温度降低7℃，满足高功率芯片热管理需求。

▶ 1.3 复合技术与系统创新

近年来，显热储能技术正向高效复合化、工业深度集成方向演进。IIT Council开发的复合系统（CSLHS）将沙基显热储热与PCM胶囊结合，优化空气输送管布局后，充放电时间缩短70%，储热密度提升50%，适用于中高温场景（195-335℃）。堆积床多层PCM设计耦合显热设备，实现蒸汽温度精准调控，系统能效提升25%。

模块化穹顶式储热系统（MMS-LHS）采用去翅片化穹顶构件，通过几何优化产生二次涡流强化对流换热，结合AI驱动优化（MLP神经网络+遗传算法），5小时吸热量达23,495 kJ，较传统系统提升222%。中冶京诚在转炉烟气余热回收中采用宽流道对流换热器，吨钢蒸汽产量提升40%，系统连续安全运行近千日。

显热储热成本仅为潜热系统的1/3至1/2，2025年中国蓄冷蓄热装机预计达2000MW。未来需攻克超高温介质腐蚀控制、跨季节蓄热经济性等瓶颈。

██ 二、相变储能技术

相变储能技术利用材料在相态变化过程中吸收或释放大量潜热实现热能的存储与释放，整个过程仅由外界温度变化驱动，无需复杂的化学反应。相变潜热远大于显热比热容，因此相变储能密度通常远高于显热储能。常见相变温度范围可覆盖-50℃至1000℃，温度跨度极大，广泛适用于热能存储和温度控制两大领域。

▶ 2.1 技术原理与材料分类

相变材料的核心要求包括：储热密度大、热稳定性高、热导率高、无毒无腐蚀、不易燃易爆、体积变化小等。每种相变材料的相变温区相对固定，与应用场景的匹配度直接决定使用效果。

按相变类型划分，固-液相变是最常用的形式，代表材料包括水、无机盐、石蜡和金属基材料，覆盖不同温度区间。固-固相变材料如醇类和蒙脱石应用较少，部分方案结合显热与潜热提升蓄热密度。液-气相变以水蒸气为代表，常见于蒸汽蓄热器。

▶ 2.2 工业级应用产品

上海天焓储能科技推出了系列标准化相变储热产品，覆盖蒸汽供应、热水供应、导热油储热及蓄冷四大方向：

电储热供蒸汽系统

利用谷电或可再生能源电力，通过内置电加热模组加热相变储热材料储存能量，需用时加热水产生高温蒸汽。标准化型号覆盖800 kWh至3.2 MWh，支持并联扩容。蒸汽温度可调范围100-350℃，负荷响应速度可达额定功率3倍以上，使用寿命超25年。

导热油相变储热装置

适用温度60-270℃，可降低供热成本30%-70%，供热温度灵活可调，支持余热回收与电能结合利用，使用寿命20年以上。

空调蓄冷/冷库蓄冷

空调蓄冷可减少空调机组装机容量25%-40%，使用寿命25年以上；冷库蓄冷可降低制冷机组运行成本50%-70%，蓄冷模组采用被动充放冷方式，有效减少温度波动。

▶ 2.3 典型应用案例

案例一：宜家竹制品工厂烘干项目（浙江宁波）

原方案为电加热+生物质锅炉加热，改造后配置TH-TS-P0800型相变储热供蒸汽系统（储热量800 kWh），运行模式为谷电时段充热、非谷电时段放热供蒸汽，蒸汽温度160-170℃，供汽时长约9小时，有效降低用热成本与碳排放。

案例二：江苏特检院太阳能储热供热项目（无锡惠山）

系统组成包括太阳能集热器+电导热油锅炉+相变储热装置+导热油/水换热器+控制系统，储热量300 kWh。运行逻辑：太阳能充足时直接供暖/热水；富余时储存至相变装置；无太阳能时相变装置放热；夜间谷电时段电导热油锅炉充热备用。节省供热成本60%-70%，零污染物排放。

案例三：盐城综合能源示范园区

集光伏+风电+槽式太阳能集热器+锂电池储能仓+相变储热装置+热泵+相变储冷装置于一体，储热量200 kWh，储冷量100 kWh。节省供热成本60%-90%，实现多能互补零排放。

相变储热技术凭借储能密度高、温度适应范围广（-50℃~1000℃）、使用寿命长（20-25年以上）等核心优势，正从工业供热延伸至建筑冷暖、冷链物流、综合能源园区等多个领域快速渗透。

██ 三、热化学储能技术

热化学储热基于可逆化学反应，通过化学物质的合成与分解来储存和释放热量。储热时，材料C吸收热能分解为A和B并分别独立储存；放热时，A和B重新接触发生逆向反应合成C，释放热能。其储热密度可达0.5-3.0 GJ/m³，是显热/相变储热的5-10倍，且反应物分离后可在环境温度下长期无损储存，是实现超长期储热的理想方案。

▶ 3.1 六大材料体系

◆ 碳酸盐体系

CaCO₃/CaO体系储热密度达3.26 GJ/m³，来源丰富、成本低，研究最为深入，但存在高温烧结问题。改性方向包括负载惰性载体（SiO₂、Al₂O₃、MgO等）抑制烧结，以及采用有机钙前驱体（甘氨酸钙等）制备多孔CaO提升活性。SrCO₃/SrO体系储热密度更高，达4.00 GJ/m³，且无副反应、无毒，是极具潜力的替代材料。

◆ 氢氧化物体系

Ca(OH)₂/CaO体系分解温度约515℃，反应焓在氢氧化物中最高，安全无毒、成本低，是最重要的氢氧化物储热材料。主要挑战在于颗粒团聚导致传质传热恶化，改性方向包括掺入SiO₂、膨胀石墨、六方氮化硼等高导热材料，以及制备颗粒材料或氧化物陶瓷外壳包覆。

◆ 氧化物体系

Mn₂O₃/Mn₃O₄体系反应焓202 kJ/kg，被认为是最理想的氧化物储热材料，原料易得、毒性低、成本低，反应温度600-1000℃，适用于高温热能存储。Co₃O₄/CoO可逆性高但具生物毒性，CuO/Cu₂O反应焓高但接近1200℃时出现相变。

◆ 金属氢化物体系

MgH₂/Mg体系最有前景，价格低廉、来源丰富、储氢能力强，反应温度200-700℃。改性方向包括高能球磨制备纳米颗粒、碳气凝胶/介孔碳约束纳米颗粒，以及掺杂Al、Na、La、Ag等金属降低反应能垒。CaH₂/Ca体系已有示范应用。

◆ 氨体系

2NH₃ ⇌ N₂ + 3H₂反应，储热温度分解端600-800℃、放热端350-550℃。反应焓66.8 kJ/mol，每1 kg NH₃可储热1.09 kW·h，体积储热密度745 kW·h/m³。核心优势是无副反应，NH₃/H₂/N₂可自动相分离储存于同一储罐，催化剂以Ru基性能最优、Co基成本较低。

◆ 甲烷体系

甲烷干重整（DRM）和甲烷水蒸气重整（SMR）两条路线，质量储热密度4.34 kW·h/kg，在六类材料中最高。SMR路线效率60%-73%，SMR示范电站Tapio Station容量达50 MW，采用塔式聚光重整反应器制备合成气，已验证可行性。

▶ 3.2 应用前景与挑战

热化学储热在可再生能源消纳、火电调峰和工业余热回收三大领域展现巨大潜力。澳大利亚EMC Solar采用CaH₂作为储热材料，可持续输出100 kW电力；超临界CO₂耦合碳酸盐储热系统热-电效率可提升至40%以上，CO₂既作为传热介质又直接参与碳酸化反应。

然而，该技术仍面临多重挑战：材料循环稳定性不足，缺乏>1000次循环实验数据；反应器设计需强化热质传递；气相催化剂存在结焦失活问题；系统集成度低。未来需在材料基因工程与规模化制造方面协同突破，以支撑工业化应用。

热化学储热技术凭借高储热密度（是传统方式5-10倍）、宽温度范围（400-1100℃）、长时无损储热等核心优势，在可再生能源消纳和工业余热利用领域潜力巨大，但材料循环稳定性、反应器设计和系统集成仍是制约其工业化的主要瓶颈。

██ 四、熔盐储热技术

熔盐储热利用液态盐温度升高吸热和温度降低放热实现热量的储存和释放，是当前光热发电领域最成熟、应用最广泛的储热技术方案。储热使用的熔盐一般是两种以上无机盐按照一定比例混合形成的共晶混合盐，具有液体温域宽、温差大、储热密度大和寿命长的优点。

▶ 4.1 技术原理与材料体系

目前光热电站普遍采用二元硝酸盐（60%NaNO₃+40%KNO₃，即Solar Salt）作为储热介质，工作温域约290-565℃。国家能源集团安徽宿州热电项目采用三元硝酸盐，工作温域190-450℃，精准匹配火电机组运行温度。上海市重点推动研发宽温域、低熔点、高比热、低腐蚀性熔盐（硝酸盐与氯盐复合体系），目标工作温度覆盖250-800℃，通过添加腐蚀抑制剂和纳米分散剂，高温稳定性提升30%以上，凝固点可降至80℃以下。

熔盐储热系统的核心设备包括冷/热熔盐罐、熔盐泵、蒸汽发生器及换热系统。熔盐泵需耐受565℃以上高温，是系统运行安全的关键。华北电力大学团队自主开发了高低温熔盐罐、熔盐泵及高性能换热器等核心设备，并构建仿真平台验证协同控制策略。

▶ 4.2 光热发电配熔盐：从示范到规模化

作为典型的"光-热-电"能量转换路径，光热发电通过聚光集热将太阳能转化为高温热能，再利用熔盐储存并按需释放，驱动汽轮机发电。区别于光伏发电的直接光电转换，光热发电兼具调峰电源和储能双重功能。

2018年，我国首个大型商业化槽式光热示范电站——中广核新能源青海德令哈50 MW光热项目成功投运。同年，青海中控德令哈50 MW塔式熔盐储能光热电站以及首航敦煌100 MW熔盐塔式光热电站建成投运。2018-2022年，我国先后投运8座大型熔盐光热电站，标志着熔盐储热技术在光热发电领域的应用逐步走向成熟。

截至2025年9月底，我国已建成光热发电站21座，装机容量157万千瓦，位居全球第三；在建项目30座，装机容量310万千瓦，中国已成为全球光热发电新增装机的主力。得益于技术快速迭代和规模化效应，光热项目造价成本持续下降，上网电价已从首批示范项目的1.15元/千瓦时降至0.6元/千瓦时左右，预计"十五五"期间还将进一步下降。

全球首个"双塔一机"光热储能电站

2025年10月，位于甘肃酒泉瓜州的全球首个"双塔一机"光热储能电站成功进入全系统试运行，标志着塔式光热发电技术突破了"单塔单机"的传统范式。该电站布置了近27000块定日镜，镜场总面积80万平方米（相当于112个标准足球场），创新的"双塔一机"设计将光学效率提升了24%。采用能耐受565℃高温的熔盐作为储能介质，可实现24小时连续稳定发电。

该电站是一个多能互补的综合绿色能源基地，集合73台总装机40万千瓦的风力发电机和由超过48000个光伏支架组成的20万千瓦光伏电站，总规模达70万千瓦。全部投运后，年发电量预计约18亿千瓦时，每年助力减排二氧化碳153万吨。

▶ 4.3 火电+熔盐储热：破解"以热定电"困局

熔盐储热技术在火电灵活性改造领域同样展现出革命性价值。2025年8月，国家能源集团安徽宿州热电1000 MWh"煤电+熔盐"储热项目通过168小时试运行，正式投入商业运营——这是全国最大、全国首台套GWh级熔盐储能+火电改造项目。

该项目成功打破传统供热机组“以热定电”的运行桎梏，将机组调峰范围从原来的50%-80%额定负荷拓展至30%-100%，每年可消纳1.28亿千瓦时新能源电量，并将供热能力提升至原水平的173%。国家能源集团新能源技术研究院党委书记禇景春指出：“熔盐储热相当于为火电机组装上‘热量充电宝’——低谷时存热，高峰时释热，实现电热解耦。”

该技术每千瓦时建设成本仅约300元，是当前各类储能方案中成本最低的之一。宿州项目科研投入3.4亿元，每年收益超5000万元。全国约有6-7亿千瓦供热型火电机组，若普遍实施熔盐储热改造，可新增近3亿千瓦调节容量——相当于再造一个中等规模的灵活电源体系。

此前，江苏国信靖江电厂于2022年投运全球首个煤电耦合熔盐储热项目；2024年，华能海门电厂建成全国首例百万机组熔盐调峰调频示范工程。国家能源集团正进一步探索"热力电池"新模式：在风光富集地区，利用弃风弃光电制热存入熔盐，再通过蒸汽驱动汽轮机发电，实现零碳供能。

在《新型储能规模化建设专项行动方案（2025-2027年）》指引下，我国计划到2027年新型储能装机超1.8亿千瓦。熔盐储热以其独特优势，正与电化学储能等技术协同发展，共同构筑新型能源体系。

██ 五、四大热储能技术综合对比与展望

▶ 5.1 技术发展趋势

（1）多技术耦合：从单一储热向复合系统演进

显热-潜热协同蓄热系统已实现充放电时间缩短70%、储热密度提升50%。未来将进一步探索显热-潜热-热化学三重耦合，系统能效提升25%以上。堆积床多层PCM梯度相变温度设计是重要技术路线。

（2）材料创新：宽温域、低成本、高性能

熔盐工作温区向250-800℃拓展，通过纳米抑制剂降低腐蚀率50%、凝固点至80℃以下。碳化硅陶瓷解决超高温应用难题。固废利用（粉煤灰、褐煤）降低原料成本40%以上。

（3）智能化控制：AI驱动储热优化

MLP神经网络+遗传算法驱动的穹顶式模块化系统，5小时吸热量提升222%。AI动态优化充放热策略，响应速度提升200%，实现储热系统从"被动蓄能"向"主动调控"的转变。

（4）应用场景多元化

从光热发电延伸至火电灵活性改造、工业余热回收、建筑冷暖联供、冷链物流、跨季节储热等多元场景。峰谷电价套利是核心商业逻辑，碳减排政策是重要驱动力。

▶ 5.2 市场规模与增长

全球显热蓄热市场规模从2020年1.94亿美元增至2025年4.05亿美元（CAGR 15.9%），2032年预计达505.7亿美元。中国2024年光热发电新增装机250 MW，带动熔盐储热需求增长。2025年中国蓄冷蓄热装机预计达2000MW。截至2025年9月底，我国新型储能装机规模超过1亿千瓦，熔盐储热正与电化学储能协同发展。

██ 结论

热储能技术正在经历从"单一储热"到"多技术耦合"的范式跃迁。显热储能以成本优势和成熟度主导当前市场，相变储能以恒温放热特性在中温工业领域快速渗透，热化学储能以超高储热密度和长时无损特性代表未来方向，熔盐储热则在光热发电和火电改造两大场景展现出不可替代的价值。

展望未来，四大技术路线并非竞争替代关系，而是互补协同。在光热发电领域，熔盐储热+热化学储热的组合有望突破传统效率上限；在火电灵活性改造领域，熔盐储热+相变储热可实现更精细化的热能管理；在工业余热回收领域，显热+相变复合系统已展现出优异的经济性。在"双碳"目标驱动下，热储能技术将在构建新型电力系统中扮演越来越重要的角色。

▶ 参考文献

[1] 国家能源局. 大规模熔盐储热技术发展报告. 2025.

[2] IRENA. Renewable Energy Storage: Thermal Energy Storage. 2024.

[3] CSPPLAZA. 相变储热技术及应用进展——第六届中国储热大会. 2025.

[4] 中国储能网. 中高温热化学储热材料研究进展. 2024.

[5] CCTV能源. 甘肃酒泉：全球首个"双塔一机"光热电站全系统试运行. 2025.

[6] 国务院国资委. 全球首个"双塔一机"光热储能电站进入全系统试运行. 2025.

[7] 华北电力大学. 熔盐耦合蒸汽蓄能器全能量储热中试平台. 2024.

[8] 上海天焓储能科技. 相变储热标准化产品及应用案例. 2025.

[9] 国家能源集团. 宿州热电1000MWh"煤电+熔盐"储热项目报告. 2025.

[10] 电力规划设计总院. 中国光热发电发展年度报告. 2025.

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