相变材料运用于北方清洁能源供暖的两种技术
发布者:yanjie | 来源:爱能森 | 0评论 | 531查看 | 2019-08-21 09:08:35    

关注清洁供暖 紧跟国家政策


2016年5月16日,国家发展改革委、国家能源局、财政部、环境保护部、住房城乡建设部、工业和信息化部、交通运输部、中国民用航空局出台了《推进电能替代指导意见》,提出总体目标:


2016—2020年,实现能源终端消费环节电能替代散烧煤、燃油消费总量约1.3亿吨标煤,带动电煤占煤炭消费比重提高约1.9%,带动电能占终端能源消费比重提高约1.5%,促进电能占终端能源消费比重达到约27%。


2016年12月21日。中央财经领导小组第十四次会议重点指出,推进北方地区冬季清洁取暖等6个问题都是大事。推进北方地区冬季清洁取暖,关系到北方地区广大群众温暖过冬,关系到雾霾天能不能减少,是能源生产和消费革命、农村生活方式革命的重要内容。要按照企业为主、政府推动、居民可承受的方针,宜气则气,宜电则电,尽可能利用清洁能源,加快提高清洁供暖比重。


充分利用谷电 推动清洁供暖


目前,国家电力管理部门将全天用电分为4个时段,尖峰用电、峰用电、谷用电、平用电,其中谷电是指在用电量相对较少的时间段;提倡使用谷电不仅有利于环保,同时在使用过程中,可以使电网的电量输送相对平衡,尽量减少因用电不平衡而造成电网波动,影响电网安全运行,若是利用相变储能材料将低成本的谷电进行蓄热储能,并运用于蓄热式电锅炉,既能降低终端用电成本,又解决“煤改电”清洁能源取暖成本过高的问题。图1为2015-2017年我国全社会用电量情况分析,“煤改电”大力发展将为电力系统造成一定的压力,通过相变材料蓄热用于北方供暖,充分利用谷电的同时推动清洁能源供暖发展。


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图1 2015-2017年我国全社会用电量情况


我国清洁能源供暖发展迅速,既是能源发展的核心应用,也是生态环境迫切需求,基于以上所述背景,将谷电和弃电结合相变储能技术,不仅解决了弃电再利用的问题,同时推动清洁能源供暖发展。


坚持技术创新 掌握发展核心


现提出基于相变材料为储能中心,利用饱和蒸汽为传热介质的,利用弃电谷电于北方清洁能源供暖的两种技术:


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图2 利用相变材料转换电能系统1示意图


技术1利用电厂谷电弃电加热相变材料,将电能转化为热能,以热能形式储存于相变材料罐中,峰电时段,相变材料在螺杆式换热器中发生相变,利用相变焓加热水变成蒸汽,利用过热器使相变材料加热饱和蒸汽,由过热蒸汽推动汽轮机发电。在相变材料储罐2中,相变材料转化为固体,并传送至相变材料罐1,从而达到运用相变材料回收弃电,利用谷电的作用。此技术利用了蒸发焓大的水作为传热介质,提高了能量的利用率,同时所用相变材料具有相变焓较大特点,利用了显热段与潜热段,可以大大减少了罐体体积。


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图3 利用相变材料转换电能系统2示意图


技术2在谷电时段,将多余过热蒸汽依次通过固体储能模块、相变储能模块、固体储能模块后进入锅炉,此过程相变材料储存能量,储能模块中均加入与电厂谷电或弃电连接的加热器,以此达到利用谷电弃电的作用;在峰电时段,凝结水通过相变材料,相变材料放出热量,使凝结水转化为过热蒸汽使汽轮机发电,达到运用相变材料回收弃电,利用谷电的作用。此过程分段储能,利用了显热和潜热段能量,运用蒸汽直接储能,提高了能量运用效率。


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上述技术最大特点在于充分结合各领域优势,充分发挥了各部件的特点,例如,技术1中不仅运用了相变材料的显热段,而且添加了螺杆式换热器使之能充分利用其相变潜热,大大减少了储罐的体积;技术2中将相变储热和固体显热结合的同时,使相变材料不仅储存了过热蒸汽中的热量,而且能储存来自于弃电谷电转化而成的热能。提出上述的技术,一是符合新能源发展趋势,运用储能技术解决电网发电过程中弃电问题以及发电过程间歇性问题,同时,符合“煤改电”政策要求,推动清洁能源供暖;二是在传统运用显热蓄热技术的基础上,提供了蓄能过程中结合相变储能的新想法,经过发展,可达到能量最大利用率。

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