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中低温相变蓄热技术及应用

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中低温相变蓄热技术及应用

发布日期:2018-08-30 作者:美高梅平台app下载 点击:

  【摘要】应用相变蓄热技术可实现多热源联合的多能互补城市供热系统. 美高梅在线公司与上海交通大学合作研发的高性能石墨烯气凝胶复合中低温相变储能复合材料,可实现利用可再生能源供暖,利用高密度相变储能技术在时间与空间上实现能源转移将夜间大量富余的低谷电能储存到具有特殊指标的相变储热材料中,结合先进的太阳能光热技术,从而形成光电互补的新型采暖技术。

  

  Multi-energy complementary urban heating system with multi-heat source combined with phase change thermal storage technology. High-performance graphene aerogel composite medium-low temperature phase change energy storage composite material developed by Xindengtong Company and Shanghai Jiao Tong University. Realize the use of renewable energy heating, use high-density phase-change energy storage technology to achieve energy transfer in time and space, store a large amount of surplus low-level electricity at night to phase change heat storage materials with special indicators, combined with advanced solar thermal technology Thus, a new type of heating technology that complements optoelectronics is formed.

  

  一、中国能源供给侧与需求侧不协调、不平衡的现状与需求侧管理

  

  能源是人类社会生存发展的重要物质基础,攸关国计民生和国家战略竞争力。目前我国能源系统整体效率还较低,电力、热力、燃气等不同供能系统集成互补、梯级利用程度不高。电力、天然气峰谷差逐渐增大,系统调峰能力严重不足,需求侧响应机制尚未充分建立,供应能力大都按照满足最大负荷需要设计,造成系统设备利用率持续下降。风电和太阳能发电主要集中在西北部地区,长距离大规模外送需配套大量煤电用以调峰,输送清洁能源比例偏低,系统利用效率不高。近年来,随着可再生能源的迅猛发展,不稳定的风电、光伏能源的消纳问题已成为影响行业发展的问题。如何更好的结合储能优势,利用清洁能源将储能蓄热的新型供暖方式与多种能源无缝对接是清洁供暖全覆盖的必然方向。

  

  中国目前能源需求压力增大、能源供给制约较多、能源生产和消费对生态环境损害严重,正经受能源技术应用总体落后等问题与挑战。当前,我国能源供应侧和需求侧不协调、不平衡局面仍没有得到有效缓解,“能源供多少”与“工业需多少”难以匹配,煤、电、油、气不同时段,不同区域供应紧张状况时有发生,给工业生产和居民生活带来众多不利影响。

  

  电力的发、供、用是在同一时刻内完成的,电能的消耗往往集中在日间,夜间发电成了“垃圾电”,这导致了能源的极大浪费。电力能源越发达,其能源占比越高,需求侧用电峰谷差越大。无论从能源供应侧的结构性调整,促进清洁能源消纳;还是从能源需求侧管理,达到优化电力配置、节能减排的目的,储能都是不可或缺的重要环节。我国的能源变革、大规模可再生能源的接入和电力体制改革的进一步深化都将给储能产业创造巨大的市场商机,储能技术的发展优化也将更贴近市场和用户的需求。

  

  二、储能技术与储热技术介绍

  

  储能技术主要分为储电与储热。目前储能方式主要分为三类:机械储能、电磁储能、电化学储能。

  

  电能存储的方式很多,虽然其中也有成本比较低廉的抽水蓄能和压缩空气储能方式,但这两种技术对选址的要求都过高,在太阳能电站建设的大多数地区都不具备建设这样的储能配套设施的条件。其它一些储能方式如飞轮储能和燃料电池等多种化学电池储能方式,其成本依然过于高昂,距离规模化商业化应用的地步还很远。但这些储电方式由于对场地的适应性较强,如果成本得以突破,未来的利用潜力很大。

  

  热能储存是能源科学技术中的重要分支。在能量转换和利用的过程中,常常存在供求之间或时间与空间上不匹配的矛盾,如电力负荷的峰谷差、太阳能与风能和海洋能的间隙性、工业窑炉的间断运行等。所以储能技术是解决能源供给侧与需求侧不协调、不平衡的有效手段。

  

  储热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术,可用于解决热能供给与需求失配的矛盾,在太阳能利用、电力“移峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域均具有广泛的应用前景,是世界范围内的研究热点。

  

  三、中低温相变蓄热技术介绍

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  图1  相变材料的分类、蓄热机理及特点

  

  相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固-液相变为例,在加热到熔化温度时,就产生从固态到液态的相变,熔化的过程中,相变材料吸收并储存大量的潜热;当相变材料冷却时,储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去,进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中,所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时,材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变,形成一个宽的温度平台,虽然温度不变,但吸收或释放的潜热却相当大。特点:相变储能具有储能密度高、体积小巧、温度近似恒定、节能效果显著、相变温度适宜、易于控制等优点。

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  图2  固-液相变中的温度变化趋势

  

  显热储热是利用物质的温度升高来存储热量的,显热蓄热方式简单,成本低,但储存的热量小,其放热不能恒温的缺点。

  

  潜热储热(相变储热)是利用物质在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中,都要吸收或放出相变潜热的原理来进行能量储存的技术。

  

  化学储热是指利用可逆化学反应的结合热储存热能,热化学储热虽然蓄热密度大,但不安全且蓄热过程不可控,严重影响其推广应用。

  

  相变材料的分类:相变材料主要包括无机PCM、有机PCM和复合PCM三类。其中,无机类PCM主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等;有机类PCM主要包括石蜡、醋酸和其他有机物;复合相变储热材料的应运而生,它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点,又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。因此,研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热点研究课题。

  

  复合型无机盐类相变储热材料相变温度为78℃~82℃,容积储热密度大,相当于同体积水的4-6倍,热膨胀系率低,可密闭元件化,具有导热率高,热能吸收与释放速度快的特点,能够做到蓄热性能稳定,可达到12年无衰减。

  

  (一)相变蓄热装置

  

  该装置是利用复合型无机盐相变储热材料在82℃发生相变,即蓄热材料由固态变为液态储存热量,放热时通过介质与蓄热元件直接热交换对外供热。

  

  结构特点:

  

  1) 结构简单、体积小、蓄热量大、可用低谷电加热并持续长时间放热;

  

  2) 使用操作简单;

  

  3) 蓄热材料置于密封壳体内,使用安全,无腐蚀、不变质、性能无衰减;

  

  4) 具有极高的换热效率。


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  图3  相变蓄热装置结构特点


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  图4  相变蓄热装置运行原理

  

  (二)相变蓄热技术的应用

  

  1.相变技术可实现工业余热回收利用

  

  蓄热技术及产品的应用,可将放散的、不稳定的、浪费掉的、多余的热量,或不同时间和空间产生的热量进行高密度的存储,以供有热能需求的用户使用。

  

  美高梅在线相变蓄热系统和多级式高效波纹管余热回收装置,可以高效采集焦化厂、轧钢厂、化工厂、陶瓷厂、啤酒厂、垃圾焚烧厂、水泥厂等单位产生废弃烟气及热电厂等单位产生废弃或产生过热蒸汽的热量,可解决钢铁厂放散性蒸汽余废热回收利用难题。回收的工业余废热可以通过敷设热力管网或移动供热输送城市集中供热管网或其他终端热能用户。

  

  美高梅在线的相变蓄热技术可以将放散性、间断性、不稳定的中低品质热能进行回收再利用。


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  图5   相变蓄热技术在能源品质上的优势

  

  2.相变蓄热技术可实现工业节水再利用

  

  利用相变蓄热技术,在回收高、中、低品质工业放散蒸汽余、废热的同时可将产生的冷凝水回收再利用,达到节水效果,其经济效益明显。

  

  3.分布式光伏+电锅炉+相变储热

  

  目前,分布式光伏系统的自发自用部分都相对较低,有的还不到30%,而光伏+电锅炉+相变储热的结合会大大提高自发自用比率,从而提高用户的收益;同时,解决了用户冬季供暖需求和生活热水需求。


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  图6   居民住房运用分布式光伏+电锅炉+相变储热

  

  4.沼气发生池+太阳能光热+电锅炉+相变储热


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  图7    沼气发生池+太阳能光热+电锅炉+相变储热的联动原理

  

  农村沼气既是清洁高效能源的发生器,又是废弃物资源化利用的转化器,还是面源污染的清除器。“一座沼气池就是一个微型的能源工程,1座8m?的沼气池每年可产沼气385m?,按照等量有效热计算,可分别替代秸秆1630kg、薪柴1204kg、煤炭847kg、液化气160kg。

  

  5.相变蓄热技术在供热领域的其他应用

  

  用蓄热技术及产品替代调峰锅炉,可大大提高热电机组的热电比,同时还可实现节能减排,节约土地资源,并省去调峰锅炉和煤场的占地及投资。在集中供热二次换热站增设相变蓄热装置,实现供热管网蓄热扩容。给锅炉设备加装相变蓄热装置,可提高锅炉适应供热负荷变化的能力,提高锅炉使用过程中的安全性和可靠性,可实现锅炉耗能节省20%以上。

  

  经测算,应用美高梅在线相变蓄热节能技术及产品,可在供热行业实现:不增加能源消耗、不增加管网铺设、不增加锅炉等能源设备建设的情况下,达到减少能源消耗20%的节能效果。

  

  6.集中供热二次换热站实现削峰填谷、供热管网蓄热扩容

  

  (1).增设相变蓄热装置,实现削峰填谷,可提高管网适应供热负荷变化的能力,提高集中供热的安全性和可靠性。

  

  (2).增设相变蓄热装置,可提高热网20%供热能力;可改善管网的热力平衡,实现节能10%以上;可提高热源供热的稳定性,实现节能5%以上。

  

  (3).分散性蓄热扩容可减少主管网扩容的投资改造费用,有利于发挥基础资源的综合利用效率,实现综合节能率20%以上。


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  图8  集中供热二次换热站增设相变蓄能供热装置

  

  实现削峰填谷、供热管网蓄热扩容

  

  7.智能移动式相变储能供热可广泛应用于如学校、医院供暖、石油无明火洗井、煤矿工人洗浴、城市应急供热等领域


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  图9   美高梅在线热能配送系统

  

  四、谷电相变储能+绿色多热源联网供热

  

  谷电储热+太阳能光电互补新型清洁采暖系统由核心储热系统、智能控制系统、热交换系统等组成,是通过物联网智能控制系统,将谷电电能和太阳能转换为热能储存在储热材料中,在供电高峰期给终端设备输出热能的储能、供能大型集中供热系统。储热采暖可靠稳定、使用寿命长、安全环保节能、平衡电网负荷、运行成本低。自身为复合型用途,智能化控制系统具有施工周期短、见效快、维护成本低、操作简便、占用空间小的优势,以水为媒介,符合身体舒适度要求,供热末端可选择性强,比热容是水的的4-6倍,能够做到供热稳定、热损少、安全可靠;蓄热密度大,15年无衰减。

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  图10   美高梅在线谷电相变储能供热站


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  图10   建筑应用美高梅在线相变储热系统

  

  五、美高梅在线相变储能供热站稀土永磁软化水处理技术

  

  稀土永磁软化水处理技术是利用稀土永磁材料特有的强磁属性,针对在以水为介质运行系统中的钙、镁离子易产生结垢、腐蚀和微生物繁殖危害系统的三大主要因素而研发、设计的创新型高科技稀土材料应用产品,是稀土材料深加工与稀土材料应用的创新科技成果,广泛应用于建筑、供热、化工、电力等领域,将成为我国水软化工艺设备新的里程碑。优势除垢防垢、杀菌灭藻;延长设备管道运行寿命;一次性投入,后期不在持续投入资金,直接降低成本;节能环保、不耗电、节省管理成本。


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  六、美高梅在线相变储能供热运行成本优势

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  图11-12    美高梅在线相变储能供热运行成本优势

  

  说明:根据天然气锅炉生产手册:1-4t燃气炉,效率75-80%;4-10t燃气炉,效率80-85%;空气源热泵COP值约为1.6-2.4(具体COP值因大气温度而异)。

  

  谷电储能供热:北京、山西地区谷电0.10元/kw.h(含政府补贴),张家口地区谷价格为 0.15元/kw.h。

  

  七、中低温相变储能技术在产业化应用中的核心意义

  

  应用中低温相变储能技术可将火电、风电、太阳能等各类能源按量分时,吸纳储存,根据需要实施转化,安全输出,达成相变储能蓄热系统与各类能源贯通互联和无缝对接转化,实现清洁能源高效利用。在储热研发领域中,上海交大研发的拥有独立自主产权的高性能石墨烯气凝胶复合中低温相变储能复合材料,在产业化应用中得到广泛推广,并已在内蒙古包头市形成产业化落地标杆示范点。首个工程案例试点是内蒙古包头市美高梅在线节能技术服务有限公司,通过利用相变储热技术来实现多热源联合的多能互补供热系统。这项专利技术对于解决可再生能源能源消纳问题和清洁供暖热能有效利用问题具有很大潜力,同样可以解决能源在时间与空间上的转移。此技术完全符合《能源发展“十三五”规划》中的要求,此技术的应用和推广,必将为全国的雾霾治理、燃煤锅炉拆除、煤改电工程、清洁能源替代项目注入新活力,为促进风电和光伏发电等可再生能源电力消纳具有关键核心意义。

  

  作者简介:

  

  罗巨财,男,1969年出生,硕士学历。内蒙古美高梅在线创始人、董事长;内蒙古美高梅在线创始人、董事长兼总经理。多年专研于供热计量仪表、供热节能技术服务,稀土永磁以及相变蓄热技术。从产品的研发升级、营销开拓、能源托管、精益化管理、用户侧储能、节能项目投融资等领域均有建树。

  

  郝秀,美高梅平台app下载项目助理,在清洁能源供热领域中有一定经验。


本文网址:/news/407.html

关键词:清洁供暖储能,清洁供暖储能报价,清洁供暖储能安装

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