清洁供热蓄热技术应用市场应回归本源
发布者:xylona | 来源:CHPLAZA清洁供热网 | 0评论 | 1369查看 | 2019-06-20 13:41:44    

——清洁供热蓄热技术应用和发展系列报道


CHPLAZA清洁供热网报道:格力举报奥克斯产品表里不一,一石激起千层浪,引发社会各界对各类产品质量问题的探讨。


两方大战未结,国家发改委等七部门近日联合印发《绿色高效制冷行动方案》,称将严厉打击产品能效虚标、认证检测作假、虚假宣传等行为,增大制冷产品抽查力度。


而与制冷近似“孪生”的供热行业,同样存在类似问题。以相对热泵更为小众的蓄热产品为例,在傅里叶新能源(常州)有限公司(简称“傅里叶新能源”)创始人陈博士看来,过度包装、虚假宣传亦是屡见不鲜。


“相变蓄热并没有部分厂商宣称的那么神奇,只是对潜热的利用而已。”傅里叶新能源陈博士向CHPLAZA记者强调,“应该让市场更多地了解相变蓄热,以免被不良厂商忽悠了。”


相变蓄热材料并不神奇 只是普通的化学原料


相变蓄热以相变材料为蓄热载体,目前市场上使用的相变蓄热材料主要包括无机水合盐、硝酸盐类、有机物(以石蜡为主要代表)等。


虽然市场上宣传的相变材料听起来种类繁多,但陈博士认为,本质上来说,不管是无机水合盐,还是有机材料,这些都是普通的化学原料。据文献统计,已知的可利用潜热的材料约有16万种。任何一种材料都有相变的过程,关键看其潜热是否能够被利用。


而对于市场上宣传的一些听起来让人感觉很“高大上”的新型相变材料,陈博士直言,一些厂商以此为噱头吸引眼球,更多只是出于商业上的考虑。


陈博士认为,蓄热材料的选择依托于具体的项目,相变温度越高的材料,其蓄热装置、运行系统都会相对复杂很多。一般而言,在供暖过程中,合格的相变材料需要符合以下特性:


一是安全环保,使用过程中不能产生气体,不易燃,不产生有毒的挥发性物质。二是合适的相变温度。供暖需要的水温不过在45~55℃,因此材料的相变温度不宜过高,70~90℃为宜。过高的相变温度匹配一个低温的供暖环境,也会造成高品位能量的浪费。三是单位体积的蓄热量尽可能大。相变潜热相对于水蓄热(显热),其蓄热密度大,可以节省更多占地面积,应尽可能选择单位体积蓄热量大的材料。四是要求循环次数高,使用寿命长。材料来源易得,尽量便宜。


导热系数是固有属性 强化传热在供暖上并无实际意义


材料良好的导热系数可以低成本地实现充分热交换,但常见的相变材料的导热系数并不高,以石蜡为例,其导热系数仅为0.25 W/(m.K),与一般隔热保温材料的导热相当,传热很慢,需要配套充分的热交换设施。


陈博士认为,目前在供暖领域,实际项目中采用的相变材料的导热系数都小于1W/(m.K),超过该数值的都有可能是过度宣传,因为提高材料的导热系数成本过高,不适合商业化。换句话说就是,只有学术价值,而没有商业价值。


对于一个相变蓄热系统,有很多办法可以强化传热。如将材料填充在泡沫金属里,但是这会极大地增加成本,不具有经济价值。或者换一种设计结构,不利用导热来进行换热,而类似于在光热发电领域,采用对流换热。但是目前已知的实际项目中,基本都是利用材料的导热来进行换热,因此换热效率都大同小异。


陈博士补充道,相变材料的根本缺陷就是导热系数过低,不能快速换热,限制了其大规模使用。若要强化传热,那么其代价又过于高昂。不过对供暖市场而言,供暖要求的只是一个缓慢的传热过程,通过传热结构设计,可以合理的规避相变材料导热系数低的缺陷,经济地利用其相变潜热。若特意地去强化传热,那么会极大增加投资成本,而无实际意义。


保证使用寿命需解决过冷度和相分离问题


使用寿命是评价产品性能的重要指标之一,影响相变蓄热材料使用寿命的因素有很多,如材料的使用温度、运行工况、过冷度、相分离问题的解决等。


无机水合盐的使用温度可以很好地匹配供暖温度所需,许多厂商均选用无机水合盐作为蓄热材料,但无机水合盐有很大的过冷度和相分离现象,使用中需要克服这两个难题,才能保证其使用寿命。对于一些盲目跟风进入蓄热市场的厂商,往往不懂其中奥妙,因此产品性能衰减速度快,使用寿命无法保证。


简单来说,过冷度就是理论相变温度和实际相变温度的差值。根据热力学第二定律,固体和液体的自由能不同,而导致液体变成固体的过程中,需要有过冷度作为动力而结晶。因此固液相变材料如无机水合盐,一定会有过冷度。


过冷度的大小与冷却速度密切相关,冷却速度越快,实际结晶温度就越低,过冷度就越大;反之冷却速度越慢,过冷度就越小。过冷度可以通过很多手段降低,但是无法消除。水合盐放热时间会随着过冷度增大而减小,从而削弱其蓄热能力。这是因为有一部分潜热被用来加热过冷熔体了。因此,如果一种无机水合盐的过冷度十分大,就会引起水合盐存储的热量不能完全释放出来,从而也就失去了相变蓄热的目的。


此外,相分离现象同样也会影响相变蓄热的性能。简单来说,水合盐多次循环后,容器内分为三层,底部为固态无水颗粒,中间层为水合盐晶体,上层为液体,这就是相分离。随着循环次数的增多,底部堆积的固态无水颗粒越多,则势必造成水合盐相变储能特性的丧失。


陈博士表示,这两种问题都有多种方式可以解决(点击链接了解具体解决方案:无机水合盐相变蓄热材料的过冷和相分离问题)。一般来说,常见的无机水合盐材料只要解决好过冷度和相分离问题,在合理工况内运行,其使用寿命还是很长的,以山东润捷环保科技有限公司(以下简称“润捷环保”)为例,其使用的相变蓄热产品经DSC循环测试可以达到7000次,相当于30年的材料使用寿命。


降低成本需解决电力增容和低谷电价问题


在峰谷电价机制下,使用夜间低谷电力蓄热将谷电时段的电能转化为热能储存起来,在电价高峰时段进行供暖,达到错峰用电、分时储能的目的,从而降低电采暖的成本。但囿于蓄热系统一次性成本高,且大部分地区的低谷电价格偏高,阻碍了蓄热技术大范围推广。


“目前限制蓄热供暖的因素很多,其中最主要的两个问题在于电力增容费用和谷电价格”,陈博士如是认为。电力增容或者电力基础设施更新占成本支出比例大,一般企业难以承受,还需要政府或者央企出面解决。同时,尽量降低低谷电价,降低电供暖的运行成本,相变蓄热系统的投资回收期才会大大缩短。


此外,相变蓄热产品本身最大的成本在于相变材料,目前在运行的各类相变蓄热项目,其成本大同小异,无本质区别。目前来看,无可行的方案去显著降低相变蓄热系统的一次性投资成本。因为相变蓄热系统最大的成本就在于相变材料,除非相变材料在供暖中大规模使用,规模化效应可以带来相变材料成本的降低,从而降低相变蓄热系统的一次性投资成本。而这是一个悖论,要增加相变蓄热的市场份额,从根上又回到了电力增容问题和低谷电价下调的问题。


而工业用热由于具备峰谷电价差价巨大、无季节限制的特点,相对于供暖领域,理论上而言,蓄热技术的工业用热市场发展空间更大。


对此,陈博士认为,工业用热的技术壁垒也更高,可替代的蓄热技术也很少。工业蒸汽生产应用的这种蓄热技术必须使用中高温蓄热技术,相对于供暖领域使用的低温蓄热技术,在难度上提高了很多量级。目前蓄热产品在工业用热领域还不多见,原因也在于其技术壁垒更高,运行策略更复杂,安全性考量更为严格。


蓄热技术应用于清洁供热市场拥有广阔发展空间,相变蓄热技术的进入门槛本身并不很高,这吸引了诸多玩家进入,但部分蓄热技术厂商在市场竞争的过程中,采用过度宣传等方式包装自己的产品和技术,将导致市场竞争失序,用户无法准确甄别,长此以往,无益于蓄热技术的市场发展。陈博士呼吁,蓄热技术厂商应回归本源,切实维护市场的良性竞争环境。


欲与傅里叶新能源和润捷环保进行面对面交流,欢迎报名参与首届中国清洁供热蓄热技术应用与发展论坛,了解大会详情,请点击进入CHTES2019大会主页


关于傅里叶新能源(常州)有限公司:


傅里叶新能源(常州)有限公司成立于2018年,由毕业于上海交通大学的硕博士创立。三位创始人在储能科学领域有长达10年左右的研究和实践经验,涉及相变蓄热、化学蓄热、纳微尺度下的流体流动与换热、沸腾换热等领域,在国际顶级能源期刊Applied Energy、Energy、Solar Energy等期刊发表多项论文,并承担多项国家级储能课题。公司主要业务包括相变蓄热、化学蓄热产品的研发、生产和销售;相变蓄热、化学蓄热技术的服务与授权;太阳能光热发电等。2018年12月,由润捷环保投资承建的山东潍坊穆一村蓄热供暖项目正式投运,该项目采用的相变蓄热技术即由傅里叶新能源提供。


穆一村.jpg

图:山东潍坊穆一村蓄热供暖项目


注:CHPLAZA正在开展的清洁供热蓄热技术应用和发展系列报道旨在通过对清洁供热蓄热领域的相关专家、主流企业进行系列深度采访报道,加大清洁供热行业对蓄热技术的认知度和认可度。了解更多详情请点击:关于开展清洁供热蓄热技术应用和发展系列报道的通知

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