卡诺电池（又称热泵储能）与燃煤发电耦合，是提升传统煤电灵活性、促进新能源消纳的重要技术方向。卡诺电池与燃煤机组的耦合，本质上是为燃煤锅炉（热源）增加了一个“弹性热库”。其调峰原理可概括为：

1. 填谷（充电，储热阶段）：

• 场景：电网负荷低谷期（如夜间）、新能源大发导致电力过剩时。

• 动作：燃煤机组维持在较高效率的稳定工况（而非被迫降负荷），将原本“浪费”的过剩电能（或从电网购买的廉价电）通过热泵循环转化为高温热能，存储于储热介质（如熔盐、固体颗粒）中。

• 效果：电网消纳了多余电力，避免了弃风弃光。煤电机组避免了低负荷运行，保持了高效率，降低了磨损和煤耗。

2. 顶峰（放电，释热发电阶段）：

• 场景：电网负荷高峰期（如傍晚）、新能源出力不足时。

• 动作：从储热介质中提取高温热能，通过热机循环（通常是蒸汽朗肯循环）产生蒸汽，驱动汽轮机额外发电。

• 效果：在不增加燃煤消耗的前提下，瞬间提升机组的总发电出力，满足尖峰负荷需求。煤电机组从“基础负荷”角色转变为“高峰负荷”角色。

通过上述“填谷”和“顶峰”的交替运行，耦合系统的净输出功率可以大幅度、快速地在正负区间内调节，从而极大地拓展了整个机组的调峰范围。

以下是几种主流的耦合方案，它们从不同角度实现了灵活调峰：

这是目前研究最深入、工程可行性最高的方案。

• 技术路线：

• 充电：从汽轮机中抽取一部分蒸汽（或利用多余电能驱动电热泵），驱动大型吸收式热泵或蒸汽压缩热泵，将低品位热能“泵送”为高品位热能，储存于高温储罐。

• 放电：将储存的高温热能用于加热给水或产生蒸汽，注入汽轮机的中低压缸（通常在中低压连通管处），替代一部分来自锅炉的抽汽，从而在燃煤量不变的情况下，增加汽轮机的做功量，提升发电功率。

• 调峰优势：

• 快速响应：储热系统可在几分钟内从储热模式切换为放热发电模式，响应速度快于锅炉本身的负荷变化。

• 深度调峰：允许燃煤主机在高峰时段“超发”（超过其纯燃煤工况的额定功率），在低谷时段“深谷”（主机本身仍运行在高效区间，由储热系统吸收多余能量）。综合调峰幅度可扩大 30% 以上。

• 示例：一个600MW机组，纯燃煤工况调峰范围可能是300MW-600MW。耦合后，通过在低谷时储热150MW的电能，在高峰时释热发电增加100MW出力，系统整体出力范围可变为 (300-150) = 150MW 到 (600+100) = 700MW。

• 技术路线：将储热/放热系统深度集成到锅炉的水冷壁、过热器、再热器等受热面中。

• 充电：将多余电能转化为热能，直接输入锅炉的某个换热环节，替代部分燃煤热量。

• 放电：从储热系统提取热量，补充到锅炉的蒸汽生成流程中，使锅炉在相同燃煤量下产生更多、更高参数的蒸汽。

• 调峰优势：

• 提升锅炉灵活性：可缓解锅炉在低负荷运行时燃烧不稳定、效率骤降、环保指标恶化等问题。锅炉可以更稳定地运行，调峰任务由储能系统承担。

• 改善蒸汽参数：在低负荷时，可通过储能系统补充热量，维持主蒸汽和再热蒸汽温度，保障机组效率和安全。

• 技术路线：利用多余电力驱动钙循环（CaO/CaCO₃）的煅烧反应（储能），在需要时进行碳酸化反应（放热）释放高温热量。

• 耦合点：释放的高温热量可用于生产蒸汽，与主蒸汽系统合并，或直接用于驱动汽轮机。

• 调峰优势：

• 长时储能：热化学储能的能量密度高，适合数小时至数天的长时调峰。

• “一箭双雕”：在调峰的同时，碳酸化反应本身是一个碳捕获过程，可以实现调峰与减排协同。

• 效率维持：研究显示，此类系统可有效降低调峰时的煤耗率，提升整体能源利用效率。

1. 调峰幅度增强率：耦合系统最大/最小出力与纯煤电工况的比值。理想情况下，最低出力可降至接近零（仅厂用电），最高出力可超发。

2. 爬坡速率：单位时间内出力变化的能力。储热系统的快速响应特性可显著提升整体爬坡率（例如，从纯煤电的1-2%额定功率/分钟提升到3-5%/分钟）。

3. 往返效率：充放电循环的整体电-电效率。当前先进系统的设计效率可达 40-50%。虽然低于电池，但其成本低、寿命长、规模大的优势在大规模调峰场景下更具经济性。

4. 煤耗率变化：在完成相同调峰任务时，耦合系统相较于纯煤电深度调峰，其平均发电煤耗的降低程度。

5. 运行灵活性：包括启停次数减少、低负荷运行时间缩短、负荷跟踪精度提高等。

• 挑战：

• 系统集成复杂性：需要精确控制热力、电力耦合点的参数（压力、温度、流量），确保安全。

• 高温设备与材料：需要耐受550°C以上高温的储热介质、换热器和管道材料。

• 动态控制策略：需要先进的协同控制算法，以最优经济性响应电网调度指令。

• 初期投资成本：储热系统和热泵/热机设备的投资需要与调峰收益、煤耗节省、碳减排收益进行综合经济性评估。

• 展望：该技术被视为传统煤电绿色低碳转型的关键路径之一。随着“储诺”等超高温热泵储能技术的工程化推进，其耦合成本有望持续下降。在中国构建新型电力系统的背景下，对存量巨大的煤电机组进行“灵活性改造+低碳化”升级，卡诺电池耦合技术提供了一个极具潜力的解决方案，能够使煤电从主体电源平稳过渡为可靠的调节性支撑电源。

总而言之，卡诺电池储能通过为燃煤机组引入“弹性热库”，从根本上改变了其运行模式，实现了从“以煤定电”到“以需定电”的转变，是解锁燃煤电厂灵活调峰潜力的核心技术之一。