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肖琪
在全球向可再生能源体系转型的进程中，能源储存的效率、经济性与规模化能力成为突破转型瓶颈的核心。风能、太阳能的间歇性与波动性，使得能量的稳定收集和释放成为亟待解决的问题，而在电力、化学能、热能三大储能形式中，熔盐高温热储能技术凭借高能量密度、低成本及与现有工业和发电基础设施的良好兼容性，成为连接波动性可再生能源与终端用能需求的关键纽带，不仅推动传统光热发电技术升级，更成为实现大规模电转热、助力工业脱碳与电网调峰的变革性技术。德国航空航天中心（Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt，以下简称DLR）作为全球能源系统研究前沿机构，深耕熔盐在550℃以上高温领域的创新应用，解锁了其多元战略价值，为全球能源转型提供了可落地的技术参考。
技术基石：从光热到
“电转热”的温度跨越
熔盐技术的核心优势在于突破了传统传热介质的温度限制，成为其适配电转热应用的根本物理基础。传统槽式光热发电系统以合成导热油为传热介质，受限于热稳定性，其最高工作温度低于400℃，直接导致新鲜蒸汽温度被限制在380℃左右，在104bar蒸汽压力下，发电模块的净效率仅约37%。同时，导热油仅具备传热功能，无法直接储热，系统需额外配置储热装置与换热设备，不仅增加了资本成本，还产生大量热损失与?损失，降低了整体经济性。
熔盐的应用彻底打破了这一技术桎梏。在目前的研究与应用中，风险最低的熔盐为硝酸盐或硝酸盐—亚硝酸盐混合盐，其中，由60%硝酸钠和40%硝酸钾组成的“太阳盐”是技术典范，该熔盐已在Solar-Two光热电站完成实测，可在565℃高温下稳定运行。温度上限的大幅提升，推动光热发电系统实现质的性能跃升：一方面，熔盐系统可产生550℃/160bar的高参数蒸汽，将发电模块热效率提升至45%以上，直接降低单位电力生产成本；另一方面，熔盐兼具传热与储热双重功能，可实现能量直接存储，省去了间接储热所需的昂贵换热器，简化了系统结构与控制逻辑，有效减少了换热过程中的能量损失，提升了系统整体利用效率。
熔盐储热的大容量与解耦特性，进一步为电转热奠定了系统基础。大型熔盐储热罐可实现太阳能集热场与发电模块的完全解耦，同时，熔盐系统在充热与放热模式切换时，无明显时间延迟和出力波动，能快速响应负荷变化，使其天然成为高效的高温热能“电池”，完美匹配电转热模式下绿电消纳、热能稳定供应的核心需求，成为连接波动性可再生能源与稳定用能需求的重要载体。
核心创新：多维度突破
商业化工程与成本瓶颈
熔盐储热技术的规模化应用，不仅需要解决技术可行性问题，更需要突破成本与工程化的关键瓶颈。传统熔盐储热系统采用高温罐与低温罐的双罐设计，该设计原理简单、运行可靠，在现有光热电站中得到了广泛应用，该设计通过熔盐在高温罐与低温罐之间的循环，实现热能的储存与释放，储热容量由两个储罐的容积与熔盐的温度差决定，储热功率则由外部换热设备调节。但双罐设计的弊端也十分显著，两个大型保温钢制储罐的建设成本高昂，占据了熔盐储热系统资本成本的重要比例，成为制约其规模化推广的关键因素，尤其对于需要大规模储热的电转热项目而言，双罐设计的成本劣势更为突出。
为解决这一问题，DLR转而研究更具成本效益的“单罐分层储热”技术上，并在科隆搭建了全球独树一帜的TESIS:STORE试验装置，完成了该技术的科学分析与工程可行性验证。
单罐分层储热技术的核心原理是基于熔盐的物理特性：热熔盐密度低自然上浮，冷熔盐密度高下沉，在单个储罐内形成稳定的高温区、低温区与中间热界面。充热时高温熔盐从顶部注入，推动热界面下移；放热时从顶部抽取热熔盐，底部回注冷熔盐，全程保持热界面稳定，避免熔盐混合影响储热效率。TESIS:STORE采用细长立式储罐设计，更利于维持温度分层，目前已投入运行。DLR测试证实，该技术在保证储热效率与稳定性的前提下，可实现两位数百分比的成本下降，大幅提升了电转热项目的经济性。
在介质成本方面，DLR探索“熔盐+固体填料”的复合储热方案，减少高价熔盐的使用量。熔盐用量大、单价相对较高，是储热系统的另一项主要成本，为此DLR提出以廉价天然固体填料替代部分熔盐，其中，玄武岩石块成为核心研究对象。玄武岩具有与熔盐相近的体积热容，可储存大量高温热能，且熔盐能在其缝隙中自由流动，实现热能高效传递。这一方案将熔盐的流动性优势与玄武岩的低成本优势相结合，在不降低储热容量与传热效率的前提下，大幅减少熔盐用量。
设备的长期可靠性是熔盐储热技术工程化与商业化的另一项核心要求，熔盐在高温状态下具有一定的腐蚀性，会对系统中的阀门、泵、换热器、测量仪表等关键组件产生腐蚀作用。同时，熔盐的凝固特性也可能导致管道堵塞、设备结垢等问题，这些因素都可能影响系统的长期稳定运行。为解决这一问题，DLR在搭建TESIS:STORE储热试验装置的同时，同步建设了TESIS:COM测试回路，专门开展熔盐系统关键组件的耐久性与性能测试。TESIS:COM测试回路可模拟熔盐系统的实际运行工况，对阀门的密封性能、泵的输送效率、测量仪表的精准度、换热器的换热效率等进行长期测试，同时深入研究熔盐的冻结、解冻等关键工艺问题，为工业界提供关键的设备性能数据与技术认证服务。此外，该测试回路还面向外部企业开放，可为熔盐设备的研发与优化提供试验平台，推动熔盐产业上下游的技术协同升级，为熔盐储热技术在电转热等多场景的规模化应用提供坚实的设备保障。
核心应用：DLR视野中的
电转热战略场景
DLR并未将熔盐储热技术局限于传统光热发电领域，而是将其定位为普适性的高温热能管理平台技术，重点挖掘其在电转热领域的应用潜力。电转热通过电加热器将电能转化为高温热能并储存，是消纳可再生能源过剩电力、推动工业脱碳、提升电网灵活性的关键路径。而熔盐凭借高温、大容量、低成本的特性，可成为电转热的理想载体，其核心应用场景主要集中在工业脱碳与传统电力系统灵活转型两大领域。
工业蒸汽供应的深度脱碳，是熔盐储热电转热的核心应用场景。化工、食品加工、金属处理、建材等高耗能工业，对高温蒸汽和工艺热能有着持续、稳定的需求，目前，这类热能主要由燃煤、燃气锅炉提供，是工业碳排放的主要来源。此类工业热力需求的稳定性与可再生能源发电的波动性形成矛盾，导致绿电难以直接应用，成为工业脱碳的难点。熔盐储热电转热系统可以完美解决这一问题，将其与电锅炉或浸入式电加热器结合，形成“绿电消纳—热能储存—稳定供应”的完整链路：在风电、光伏出力过剩，电价极低甚至为负时，启动电加热器将过剩绿电转化为高温热能，加热熔盐并储存；在电力需求高峰、电价高企或工业生产需稳定供能时，通过换热器将熔盐中储存的热能释放，持续产生工业蒸汽，替代传统化石燃料锅炉。
这种路径可将波动性绿电转化为稳定的高品质工业热能，为难以直接电气化的工业热力部门提供可行的脱碳路径，同时帮助工业用户降低能源成本，规避碳交易风险，增强能源供应韧性。
赋能传统电力系统灵活转型，是熔盐储热电转热的另一重要战略场景。随着可再生能源电网渗透率不断提升，传统化石燃料电厂正从基荷电源向调峰电源转型，需要具备快速启停、灵活调节出力的能力，以平抑可再生能源出力波动。但在传统电厂的设计初衷下，为持续稳定运行，频繁启停与变负荷运行会缩短设备寿命、增加燃料消耗与碳排放，降低运行效率。熔盐储热电转热系统为传统电厂灵活性改造提供了高效方案，实现电转热与热转电的灵活耦合：将大型熔盐储热罐与电厂锅炉、汽轮机系统集成，在电网负荷低、电厂低负荷运行时，将锅炉产生的部分高温蒸汽热能转移至熔盐储热系统，或直接利用电网过剩绿电加热熔盐；在电网需要快速调峰、电力需求骤增时，熔盐系统快速释放热能产生蒸汽，驱动汽轮机发电，无需大幅调整锅炉负荷。这种模式减少了电厂机组启停次数和低效运行时间，延长设备寿命，降低燃料消耗与碳排放，提升电厂出力调节速度，使其更好地适配电网调峰需求。
系统协同：熔盐储热在
德国未来能源体系中的定位
在构建100%可再生能源系统的蓝图中，DLR视角下的熔盐储热、绿氢与电池储能是基于不同时间尺度和应用场景的互补性技术支柱。
与电池储能的协同：形成“短时调节+长时平抑”组合。电池负责秒级到小时级的频率调节和快速功率吞吐；熔盐储热则负责应对数小时至数日的可再生能源出力波动与负荷变化，提供稳定的电力或热能输出，弥补电池在长时、大规模储能方面成本较高的不足。
与氢能的协同：形成“电气化优先+氢能为补充”的分工。对于工业高温蒸汽供应和高效发电等高品位热能需求，电转热耦合熔盐储存是效率最高、路径最短的解决方案。而对于难以电气化的重型交通、部分工业原料及超长期跨季节储能，绿氢则成为必要补充。在电力系统中，氢能可作为熔盐储热之后的“战略储备”，应对极端的长期能源短缺。
德国航空航天中心的前沿工作清晰地揭示，熔盐高温储热技术远不只是光热发电的组成部分。它是一项具有平台意义的通用技术，其核心战略价值在于能够以低成本、高效率、大规模的方式，实现高温热能的时间平移与灵活调度。
通过电转热这一关键接口，熔盐储热技术成为连接波动性可再生能源电网与高碳排放的工业热力部门、传统电力调峰部门的核心桥梁。DLR在单罐分层储热、固体填料及关键部件可靠性方面的创新研究，正致力于突破其商业化应用的经济性与工程瓶颈。
展望未来，在德国乃至欧洲的零碳能源体系中，源自航天领域高温技术积累的熔盐储热方案，有望与电池、氢能等储能技术深度协同，在各自最具优势的时空尺度上发挥作用。该方案将为工业领域难以削减的“硬排放”提供切实的脱碳路径，并增强整个电力系统的灵活性与安全性，从而为全球能源转型与工业深度脱碳提供坚实、可靠的技术基石。
编辑 何诺书
审核 姜黎
