清潔供暖現狀與發展趨勢(三):多種儲熱清潔供暖技術
經過長期的發展,目前面向清潔供暖的儲熱技術有逐步聚焦的趨勢,目前占主導地位的儲熱技術包括水儲熱技術、高溫固體電儲熱技術、相變
經過長期的發展,目前面向清潔供暖的儲熱技術有逐步聚焦的趨勢,目前占主導地位的儲熱技術包括水儲熱技術、高溫固體電儲熱技術、相變電儲熱技術等。
1、水儲熱清潔供暖技術
水儲熱技術是最早應用于清潔供暖系統的技術之一,其結構原理圖見下圖,主要是在谷值電價時利用電鍋爐進行熱水加熱,儲于儲水罐;在峰值電價時利用儲水罐熱水供暖。水儲熱技術具有熱效率高、運行費用低、運行安全穩定、維修方便等優點,在國內外都有很多應用實例,但是也存在儲水罐體積較大、受占地空間限制等問題。

歐洲已成功開發和運行水儲熱技術的電力供暖系統,以解決冬季供暖高峰負荷問題,美國也采用上述相關技術,并取得了很大成效。Verda等以都靈地區供暖系統為例證明,水儲熱系統可減少約12%的一次能源消耗和約5%的總成本。
水儲熱供暖系統,經過實際運行發現,鍋爐出水溫度可達到70 ℃,保證用戶在室外溫度較低時的采暖,鍋爐房各項指標基本達到設計要求。麻延等采用水儲熱技術為北京市建筑質量監督總站進行供暖,運行結果表明,水儲熱技術供暖系統運行費用可較燃氣鍋爐省52%,且供暖效果佳,運行時間靈活。以1萬平米建筑采用120天供暖時間的燃氣、地源熱泵、市政、水蓄熱等供暖技術經濟效益,發現水蓄熱供暖技術綜合經濟效益最佳,見下圖。水蓄熱供暖技術技術可行性,發現水蓄熱技術的投資回收期為1年多,運行成本低于燃油鍋爐和燃氣鍋爐。

2、高溫固體電儲熱技術
高溫固體電儲熱技術是在谷值電價時利用電加熱設備直接將電能轉化為熱能,并儲存于固體儲熱器;在峰值電價時與供暖系統熱水進行換熱,進而為建筑供暖的技術,其技術原理圖見圖6。高溫固體具有儲熱密度大、儲熱溫度高、儲熱體積小等優點,不但克服液體儲熱技術的缺點,而且兼具環保、高效、節能、安全等多項優勢。

國外對高溫固體電儲熱技術的研究始于20世紀70年代歐洲部分發達國家已開始進行實際應用。我國在高溫固體電儲熱技術應用已達到國際領先水平,但是目前研究多為應用形式的設計和經濟性的分析,對于技術涉及的傳熱傳質過程等基礎研究缺乏深入的探討。

有一種固體電儲熱供暖裝置,利用氧化鎂磚和熱管組成封閉的儲熱單元,降低氧化鎂磚固體的氧化速度。通過臨界電價法分析水儲熱、高溫固體儲熱、市政供暖技術、相變電儲熱技術的經濟性,發現水儲熱、高溫固體儲熱技術相比市政供暖更具經濟可行性,且前者的經濟性最好。
驗證了高溫固體電儲熱供暖技術對于實行峰谷電價地區的非居民項目具有顯著的經濟效益。陳彬等分析了高溫固體電儲熱供暖技術不僅具有一定的經濟效益,更可產生環境效益,增大低谷段的風電和核電等清潔能源消納能力。上圖為供暖面積200萬m2電蓄熱方案經濟性對比,從表中可以看出高溫固體電儲熱技術的經濟性優于水儲熱技術,且采用花崗巖為固體儲熱介質的經濟性明顯好于以鎂鐵磚為固體儲熱介質。

3、相變電儲熱技術
相變電儲熱技術是近些年開始發展的技術,具有儲熱密度高、儲釋熱過程溫度恒定等優點。目前,相變電儲熱技術結構主要有兩種:一種是類似于水儲熱技術,將相變儲熱裝置替代儲水罐,在電價谷值時,開啟電鍋爐制熱,并利用相變儲熱裝置將熱量進行儲存,在電價峰值時,相變儲熱裝置為建筑供暖;另一種類似于高溫固體電儲熱技術,將相變材料做成相變材料磚,并放置于固體儲熱器中,在電價谷值時直接儲存電加熱裝置的熱量,在電價峰值時為建筑供暖。

相變電儲熱裝置在家用電采暖領域具有很大的應用價值。我國相變電儲熱技術領域的研究也多為應用形式的設計和經濟性的分析,需要加強對相變電儲熱傳熱機理等基礎內容的研究。天帥智能科技全新研發的一種集產熱、儲熱、供熱于一體的復合相變材料蓄熱式電熱供暖系統,利用纏繞的換熱盤管提高盤管與相變儲熱材料之間的換熱效率。

解決了目前儲熱式電暖器儲熱容量小、體積和重量大、導熱性能不高等問題。童敏等設計了一種相變儲熱峰谷供暖系統,利用電加熱管在谷電時為相變儲熱裝置儲熱,在峰電時為用戶端供暖。由箱體、電加熱裝置、相變材料組成相變蓄熱供暖裝置,可利用相變材料將用電谷期的電能儲存起來,然后在其他的時段輸出并提供持續穩定的熱水。

相變電儲熱技術,并發現該技術運行費用僅為燃氣鍋爐供暖系統的84.5%。開發了一種相變電儲熱裝置,并成功應用于清潔供暖,應用結果顯示,該系統運行效率為97%,較原采暖系統運行費用可節省50%,對比了水蓄熱技術和相變蓄熱技術的區別,發現谷電相變蓄熱技術多為恒溫放熱,熱穩定性優于水蓄熱技術。

隨著國家“碳達峰、碳中和”的推進,化石能源(煤炭、石油、天然氣)會越來越貴。國家會大力治理霧霾以及對燃煤取暖進行改革規范,能有效利用低價谷電的相變儲熱清潔供暖設備得到了市場的普遍好評,儲熱清潔供暖行業得到了國家政策的大力支持,整個清潔供暖行業獲得的前所未有的快速發展。各級政府出臺了大量清潔供暖財政補貼,居民實施清潔采暖可享受優惠電價,家用電和取暖電價分開等等。

在國家碳中和政策的推動下,相變儲能蓄熱清潔采暖迎來了發展的春天,我國清潔供暖市場的未來應該是谷電相變儲熱清潔供暖設備的主場,天帥智能科技股份有限公司系我國華北地區率先成功研制出“相變儲能清潔供暖技術”并在全國應用推廣的高新技術企業,隨著公司規模與儲熱清潔供暖行業市場規模的同步擴大,天帥智能科技股份有限公司全國誠招合作伙伴。

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