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      儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)
      ——集中供熱的有效補(bǔ)充方式

      2019-10-09 07:42:44徐嘉一李占新
      中國(guó)資源綜合利用 2019年9期
      關(guān)鍵詞:電采暖電鍋爐儲(chǔ)熱

      徐嘉一,李占新

      (陜西省節(jié)能中心,西安 710003)

      儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)的工作原理是,利用夜間低谷電將電能以熱能的形式儲(chǔ)存在儲(chǔ)能設(shè)備中,在白天或電力峰期提取釋放出來(lái)。儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)的應(yīng)用既可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的削峰填谷,利用棄風(fēng)棄光電量,提高電網(wǎng)整體能源利用率,又可調(diào)整城市能源結(jié)構(gòu),改善環(huán)境[1]。

      1 我國(guó)儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)和產(chǎn)品現(xiàn)狀

      目前,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)產(chǎn)品主要有儲(chǔ)能式電暖器、儲(chǔ)能式電鍋爐。

      1.1 儲(chǔ)能式電暖器

      利用電力公司提供的夜間低谷電價(jià),將耐高溫的電發(fā)熱元件通電發(fā)熱,加熱特制的蓄熱磚,最高可達(dá)750℃左右,再用耐高溫、低導(dǎo)熱的保溫材料保存儲(chǔ)存的熱量,按照需要調(diào)節(jié)釋放速度,慢慢地將儲(chǔ)存的熱量釋放出來(lái)。典型的運(yùn)行方式為:夜間儲(chǔ)熱6~8 h, 24 h 供暖。

      1.2 儲(chǔ)能式電鍋爐

      儲(chǔ)能式電鍋爐又被稱為自儲(chǔ)能電鍋爐和蓄熱式電鍋爐,可廣泛用于民用和工業(yè):可作為熱源,滿足面積50 m2以上的各類建筑物供暖、供熱水需求;可配套供熱站、熱電站使用,或根據(jù)需要設(shè)立低谷電儲(chǔ)熱供熱站,定制分布式熱源系統(tǒng);可以作為風(fēng)力、光伏等間歇式能源發(fā)電機(jī)組的儲(chǔ)能設(shè)備和輔助設(shè)備,將電能轉(zhuǎn)換成熱能存儲(chǔ)到高溫固體儲(chǔ)熱裝置或熱水池里,為用戶供熱;可以和水蓄冷機(jī)組、冰蓄冷機(jī)組、中央空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合,完成整棟建筑供暖與制冷系統(tǒng)的配套,形成新型樓宇冷熱源系統(tǒng)。

      1.2.1 水蓄熱電采暖設(shè)備

      水蓄熱電采暖設(shè)備以水為儲(chǔ)熱介質(zhì),使熱能以熱水形式儲(chǔ)存在水箱中,儲(chǔ)能容量由儲(chǔ)水箱的容積決定。其分為常壓和帶壓兩種。由于水的儲(chǔ)能密度較小,大容量?jī)?chǔ)能需要較大體積的水箱,造成系統(tǒng)占地面較大,其更適合應(yīng)用于地價(jià)便宜的中小城鎮(zhèn)集中供暖系統(tǒng)中。這種方式原理簡(jiǎn)單、清潔、投資費(fèi)用低,系統(tǒng)穩(wěn)定,但系統(tǒng)熱效率較低,一般在80%~85%。水的溫度發(fā)生連續(xù)變化,若不采用自控技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的溫度控制。

      1.2.2 固體蓄熱電采暖設(shè)備

      固體蓄熱電采暖設(shè)備以固體蓄熱材料(如氧化鎂鐵磚)為儲(chǔ)熱介質(zhì),利用夜間低谷電,通過(guò)加熱電發(fā)熱元件將固體蓄熱材料加熱,使熱能以顯熱的形式儲(chǔ)存在固體蓄熱材料中,再通過(guò)熱風(fēng)或高溫水將熱量傳遞出來(lái),將熱量在非低谷電時(shí)段或者全天24 h 按需要釋放。其儲(chǔ)熱溫度高,最高可加熱到750℃,占地面積小,蓄熱量大,輸出功率穩(wěn)定和溫度恒定,蓄熱率可以超過(guò)85%,但部分電加熱原件壽命較短。

      1.2.3 相變材料蓄熱電采暖設(shè)備

      相變材料蓄熱電采暖設(shè)備以固液相變材料(如水合無(wú)機(jī)鹽、無(wú)機(jī)鹽及其共融混合物)為儲(chǔ)熱介質(zhì),利用“固、液”變化吸收或釋放的相變熱進(jìn)行蓄熱。谷電時(shí)段,電鍋爐工作加熱循環(huán)水,通過(guò)循環(huán)泵把熱水中的熱量帶入儲(chǔ)熱設(shè)備,為其充熱。如果夜間末端需要供熱,直接運(yùn)行二次側(cè),所需熱量由電鍋爐直接提供。非谷電時(shí)段,循環(huán)泵工作,帶出儲(chǔ)熱設(shè)備中的熱量,通過(guò)板換把熱量換到二次側(cè),為末端供暖。這種方式蓄熱密度高,儲(chǔ)熱量大,裝置體積小,蓄熱率可達(dá)95%,但初投資較高,需考慮腐蝕、老化等問(wèn)題,其更適合應(yīng)用于辦公大樓、商業(yè)大廈及賓館酒店的供暖系統(tǒng)。

      儲(chǔ)能式電采暖供暖系統(tǒng)包括供熱端和用熱端,通過(guò)板換實(shí)現(xiàn)兩端換熱。供熱端(一次側(cè))主要包括電鍋爐、儲(chǔ)能設(shè)備、循環(huán)泵(一次泵)等,用熱端(二次側(cè))主要包括二次泵、用熱末端(暖氣片、地暖),或與熱泵、風(fēng)機(jī)盤(pán)管結(jié)合使用。

      幾種儲(chǔ)能式電鍋爐供暖系統(tǒng)性能比較如表1所示,由此可以得出以下結(jié)論:相變儲(chǔ)熱技術(shù)的供熱溫度、儲(chǔ)熱容量、儲(chǔ)熱密度都較高,但初投資和運(yùn)行成本較高;固體儲(chǔ)熱和水儲(chǔ)熱技術(shù)成熟簡(jiǎn)單,相比相變儲(chǔ)熱,初投資較低,可以根據(jù)具體地址條件、資源情況進(jìn)行合理選擇。

      表1 儲(chǔ)能式電鍋爐供暖系統(tǒng)性能比較

      2 應(yīng)用實(shí)例與分析

      本文列舉幾個(gè)儲(chǔ)能式電鍋爐作為集中供熱補(bǔ)充方式的典型案例。

      2.1 水蓄熱電采暖案例

      新疆某鎮(zhèn)政府,項(xiàng)目總面積12 000 m2,包括政府、派出所、幼兒園、醫(yī)院,原采用燃煤鍋爐采暖。該項(xiàng)目采用5 臺(tái)200 kW 電鍋爐配243 m3蓄熱水箱(9m×9 m×3 m),系統(tǒng)整體由PLC 控制,不需要人工值守。設(shè)計(jì)采暖室溫16~18℃,主供暖時(shí)間10:00-20:00,輔助供暖時(shí)間20:00 至次日10:00,建筑物內(nèi)低負(fù)荷保溫供暖。23:00 至次日9:00 低谷電時(shí)段,鍋爐邊用蓄熱水箱蓄熱,邊向建筑進(jìn)行低負(fù)荷供暖,其他時(shí)段鍋爐不需電加熱,由蓄熱水箱向建筑供暖。投資成本為120 元/m2,采暖期180 d,2017年冬季運(yùn)行至今,運(yùn)行費(fèi)用13~16 元/m2。其中,集中式電供暖電價(jià)為:平段在0.18 元/(kW·h),谷段(23:00至次日9:00,14:00-16:00)在0.09 元/(kW·h)。

      2.2 固體蓄熱電采暖案例

      吉林省長(zhǎng)春市某公司,建筑面積8 000 m2,采用兩臺(tái)200 kW 全自動(dòng)常壓固體蓄熱電鍋爐供暖(每臺(tái)蓄熱鍋爐可蓄熱720 MJ/h),設(shè)計(jì)采暖室溫18±2℃,蓄熱固體模塊溫度在700℃左右,最低回水溫度30℃。主供暖時(shí)間8:00-18:00(供暖指標(biāo) 40 W/(m2·h)),輔助供暖時(shí)間18:00 至次日8:00(供暖指標(biāo)8 W/(m2·h)),建筑物內(nèi)低負(fù)荷保溫供暖。21:00 至次日7:00 低谷電時(shí)段,鍋爐邊用蓄熱模塊蓄熱,邊向建筑進(jìn)行低負(fù)荷供暖,其他時(shí)段鍋爐不需電加熱,由蓄熱裝置向建筑供暖。投資成本為150 元/m2,采暖天數(shù)168 d,采暖期運(yùn)行費(fèi)用為17~20 元/m2(10 kV 及以上谷電(21:00至次日7:00),電價(jià)為0.28元/(kW·h), 長(zhǎng)春非居民供暖為31 元/m2)。

      2.3 相變材料蓄熱電采暖案例

      天津某商場(chǎng)寫(xiě)字樓項(xiàng)目,由于燃?xì)夤┡療o(wú)法通過(guò)環(huán)評(píng)、市政初始投資大等原因,綜合評(píng)價(jià)后采用相變儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)。寫(xiě)字樓建筑面積約6.4 萬(wàn)m2,供暖面積8.75 萬(wàn)m2,供暖時(shí)間121 d(11月15日至次年3月15日),投資成本105 元/m2,使用熱庫(kù)105 臺(tái)(儲(chǔ)能量650 MJ/臺(tái)),3 000 kW 電鍋爐3 臺(tái),谷電時(shí)段(23:00 至次日7:00)維持空間防凍保溫供暖的同時(shí)對(duì)熱庫(kù)充熱,供暖時(shí)間8:00-17.00,其余時(shí)間防凍運(yùn)行,個(gè)別幾段天氣采用平電補(bǔ)充。項(xiàng)目從2015年11月運(yùn)行至今,運(yùn)行成本11~16 元/m2,市政供暖與相變儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比如圖1所示(天津非民用供暖40 元/m2,谷電電價(jià)0.468 3 元/(kW·h)。每年,相變儲(chǔ)能供暖運(yùn)行費(fèi)用比市政供暖運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省60%~70%。

      圖1 天津某商場(chǎng)寫(xiě)字樓項(xiàng)目市政供暖與相變儲(chǔ)能 供暖系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比

      通過(guò)以上案例可以看到,儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)在供暖用煤鍋爐替代、市政管網(wǎng)無(wú)法到達(dá)、燃?xì)獍惭b受限、城中村供暖改造等情況下,作為熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱和大型鍋爐房集中供熱的有效補(bǔ)充方式,適用于辦公樓、商場(chǎng)、寫(xiě)字樓、綜合體、居民住宅、醫(yī)院、學(xué)校和工廠等場(chǎng)所。

      3 結(jié)語(yǔ)

      儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)是一種分布式供暖技術(shù),可以對(duì)一個(gè)單體建筑、一個(gè)工廠或一個(gè)小區(qū)進(jìn)行獨(dú)立實(shí)施,對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施依賴小,無(wú)需市政和天然氣管網(wǎng)。儲(chǔ)能式電采暖是沒(méi)有任何污染的清潔采暖方式,但從用能的角度講,用電采暖是不經(jīng)濟(jì)的,因?yàn)殡娛嵌文茉?,已?jīng)經(jīng)過(guò)一次轉(zhuǎn)換,再將電能轉(zhuǎn)換為熱能,再次發(fā)生轉(zhuǎn)換損失,用能效率下降。因此,在使用儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)作為熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱方式和大型鍋爐房集中供熱方式的有效補(bǔ)充方式時(shí),應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保、當(dāng)?shù)仉妰r(jià)政策、補(bǔ)貼政策等因素,根據(jù)具體地址條件、資源情況進(jìn)行合理選擇[2-3]。

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