多元的储热型清洁供热技术全解析

 

多方评论称，这一政策意味着储能企业应用最广泛的峰谷价差套利模式获得官方认可，对储能发展可谓“重大利好”。清洁供热市场同样将受益于峰谷电价政策，能够有效利用峰谷电价差的储热式清洁供热技术的黄金发展期已经来临。

 

7月3日，国务院出台《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（简称《计划》），从国家层面再次明确推行峰谷电价以支持清洁供热。《计划》鼓励推行上网侧峰谷分时电价政策，延长采暖用电谷段时长至10个小时以上。据行业内人士介绍，北京去年将谷电时段延长1小时，仅这个小小的举措，一个采暖季便为其减少100多万元的电费支出。

 

峰谷电价催生电供暖市场的火热，业界对利用谷电蓄热供暖的意识不断增强。储热技术可以将谷电以热的形式储存起来并实现热能的稳定输出，峰谷电价的完善将使谷电蓄热式电供暖技术直接受益，从根本上解决电采暖成本过高的问题。

 

事实上，储热型清洁供暖技术又可以细分为多种类型，多种不同技术路线的竞争和选择将成为未来市场的一大特点。

 

 

 

固体储热系统以储热介质划分，目前研究较多的有地下天然土壤(岩石)、混凝土、陶瓷材料、硅质材料、金属材料、无机盐复合材料等。

 

固体储热电锅炉是一种较为常见的储热型供热产品。其利用低谷电加热储热介质，在电价平峰和高峰时段放热提供蒸汽或热水。常见的储热式电锅炉一般以固体镁砖为储热材料，其氧化镁含量在90%以上。

 

图：三野科技生产的10kV高压固体储热机组

 

目前国内部分厂商生产的固体镁砖储热机组产品中，有多种规格，最高电压等级的有10kV高压直入大功率固体蓄热储能热水机组，其可以直接在10kV高压等级下工作，可多组联机使用，以满足超大型现场的用热需求。

 

图：兆阳能源大规模混凝土储热系统（白色建筑）

 

在新型的固体储热技术开发上，北京兆阳能源技术有限公司已成功开发了一种混凝土储热系统，并在其厂区内完成了2017年首个供暖季的示范运行，经济性和运行效果俱佳。

 

相变储能技术能有效利用相变材料相变时吸收或者释放大量潜热并保持温度恒定的特性，相变潜热所蕴藏的能量比固体或者液体的显热大得多，可广泛用于电力调峰、工业热能回收利用、空调采暖制冷以及新能源等领域。

 

图：常见相变材料

 

图：基于华厚能源相变储能技术的供热解决方案原理

 

当前市场上的相变储热系统多采用模块化设计，采用多元复合相变蓄热材料，以江苏启能新能源材料有限公司的高密度高稳定性纳米复合相变储热材料为例，其采用该技术的主要产品为热库，目前拥有80MJ、200MJ和650MJ三类产品，其宣称1立方米热库储热约650MJ，相当于约180度电，经5000次循环后，储热能力为初始值的95.5%以上，在测量误差以内无衰耗。

 

图：启能新能源的相变储热供热系统

 

图：今日能源展出的相变储热系统模型

 

 

熔盐储能供热技术是利用熔盐极佳的储热特性实现的，熔盐储热在太阳能热发电领域有成熟应用，在清洁供热市场的应用还处起步阶段。

 

 

图：国内目前几个典型的熔盐储热供热项目

 

以河北辛集市崇阳小区熔盐绿色供暖项目为例，该项目于2016年5月开工，项目总投资1700万元，全部建成后供热面积可达13.3万平方米，相当于一台1310蒸吨锅炉的供热面积，每年可减排二氧化碳3537吨、粉尘131吨、二氧化硫11.1吨、氮氧化物9.67吨。

 

该项目采用了450吨低熔点熔盐，安装了两个熔盐罐，罐体尺寸为直径8米*高4.5米，蓄热容量37MWh，电加热器最大功率为6343MWh。

 

图：谷电加热熔盐储热集中供热系统原理

 

目前一期工程已投入使用，供暖面积7.5万平方米，可为700多户居民供热。2016年供暖季为首次供暖，熔盐供热成本每平方米为19元左右，对居民的取暖费定价为每平方米16.8元。据称，因新楼第一年供暖耗电量较大，第二年供暖成本应该能控制在每平方米15元左右。

 

储热供热系统利用夜间谷电制热储热，其可以单体运行，也可以与常规电锅炉、空气源热泵、工业余热等配套运行。对于上述不同的储热供热技术，可选用不同的配套方案。

 

储热系统单体运行模式，不需要单独配置电锅炉，而是将电加热、储热装置放置在一个结构中，储热材料封装在柱形或球形的容器中，形成能量柱(球)，多根能量柱(球)置于水箱中，水箱中装有电加热器。

 

在夜晚低谷电时段，电加热水将热能储存在相变材料中，为储热模式；白天加热器停止工作，通过供暖水回路放热，相变储热装置中储存的热能用于加热供暖水回路的水，供暖水回路的水通过用户暖气片为室内供暖，为放热模式。这种储热供暖系统加热器集成在储热装置内的模式，成本低、节省空间，适合储热容量不太大的储热系统。

 

图：谷电相变储热供暖系统（加热器内置）

 

 

在谷电时段，可以利用电锅炉直接供热，同时利用储热系统储热。在峰电和平电时段内，不用开启电锅炉，直接利用储热系统储存的热量供热。

 

 

从经济性出发，与电锅炉+储热系统类似，空气源热泵和储热技术相结合可能是储热式电采暖打开市场的可行方案，即利用空气源热泵替代电锅炉作为热源，在低谷电价时段运行，制得热量储存在储热装置中，等高峰电价时段由储热装置供热。

 

当前，市场上的空气源热泵大多为低温热水泵，一般出水温度45℃，但考虑到储热时的换热温差，热泵的出水温度至少应达到60℃~65℃，才能和储热装置配合使用供暖。这可能是两者结合并行发展的一大问题，但相信经过针对性研发，提高空气源热泵的出水温度并不是太大问题，将空气源热泵和储热技术进行组合实施清洁采暖，比单纯的采用空气源热泵可以更有效地利用峰谷电价差，实现低成本清洁采暖。

 

 

早在2015年，国家发改委发布的《余热暖民工程实施方案》）就提出，“到2020年建成150个示范市（县、区）。”而专家称，目前真正成体系发展、叫得出名字的工业余热供暖项目，北方目前甚至不超过10个。由此可见，工业余热供暖大规模发展还存在一定阻碍。

 

工业余热、废热数量惊人。这些能源具有间歇性、不稳定的特点。能量密度随时间、季节变化、强度也不稳定。

 

余热资源根据温度的不同被分为高温余热资源、中温余热资源与低温余热资源。工业领域习惯把温度高于600℃的余热归为高温余热，300~600℃的归为中温余热，而把300℃以下的归为低温余热。

 

根据相变材料封装和工作方式的不同，应用于余热回收的相变储能系统大致可以分为热管换热器、蓄热式相变储热系统、潜热/显热复合储热材料三类。

 

图：余热回收+相变蓄热系统

 

例如，今日能源的蓄热式RTO烟气余热系统，可将涂装车间RTO炉排出的高温烟气热量通过余热回收换热器和相变蓄热系统进行回收，将烟气温度降到100℃左右进行排空，回收的热量对前处理槽液进行升温使用，减少企业蒸汽的消耗量，节约能源，降低生产成本，增强企业市场竞争力。