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相变蓄热技能剖析


环球对相变资料的研讨曾经有几十年的汗青,现在相变资料根本分为2类,一类是无机相变资料,另一类是无机相变资料


无机资料最大的劣势是波动性好,但是储能密度低,导热性差,本钱高;无机资料劣势是储能密度大,导热性好,本钱低,但是循环波动性差,有些乃至循环频频就生效了,因而无法产物化。江苏某新动力资料公司在无机相变资料的波动性上获得了严重打破,资料循环5000次以上都未见衰减,因而可以很好地完成产物化。



1.1 相变储能热库


若将相变资料使用到蓄能范畴,间接运用资料在工程项目中很难完成,每每需求某种特定容器装入相变资料,同时需求一套换热条理用于相变资料与传热介质之间的换热。别的在容器四周需求充足的保温层。相变蓄热设置装备摆设称为热库。无机相变纳米复合资料,其相变温度在78°C左右,其额外蓄热量为650MJ。


热库形状为一立方体构造,外表面尺寸为942mm×942mm×1835mm,自重2.1t。其外部有一特别钢制内胆,内胆外部灌装有相变资料,资料中平均排布有铜质换热器,内胆内部为聚氨酯保温层,厚度为50mm。热库表面图及其构造原理如图1所示。
图1:热库表面图及构造原理

    关于蓄热设置装备摆设,其蓄热才能、充放热的功能体现、充放热服从以及热损功能等要害目标的优劣间接影响了该设置装备摆设可否运用。该热库产物委托中国修建迷信研讨院上司国度空调质量查验中央对上述热功能停止了检测,辨别停止了恒定充热功率及恒定进水温度放热测试,恒定进水温度充热及恒定功率放热测试,以及热损测试共3项检测,实在验后果剖析如下。
    表1为恒定充热功率及恒定进水温度放热测试后果。从数据中可以看出,整个充热日期为377min,不到7h,均匀充热功率为28.38kW,充热量为641.93MJ;放热时用20°C恒温水放热,放热的最大功率258kW,放热量为639.49MJ,与额外储热量650MJ只相差不到2%,充放热服从高达99.6%,电能转化率为95%。

表1:恒定充热功率及恒定进水温度放热测试后果

    表2为恒定进水温度充热及恒定功率放热测试后果。从数据中可以看出,在90°C恒温进水充热条件下,充热日期只需224min,不到4h即可充溢。在恒定9.9kW的放热功率下,放热日期长达957min(约16h)。

表2:恒定进水温度充热及恒定功率放热测试后果

    热损功能测试实行中,在室温20°C情况条件下,热库24h的热损为4.85%

    1.2 谷电蓄热供暖条理
    图2所示为典范的谷电蓄热供暖条理原理图。其任务原理是在谷电时段电汽锅任务加热循环水,经过循环泵把热水中的热量带入热库,为热库充热。夜间末了假如需求供热,间接运转二次侧,所需热量由电汽锅间接提供。在非谷电时段,循环泵任务,带出热库中的热量,经过板换把热量换到二次侧,为末了供暖。

图2:谷电蓄热供暖条理原理图

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谷电相变蓄热供暖与其他供暖技能的比照
    
    现在在我国南方冰冷地域夏季采暖普通接纳以下几种方法:市政供暖、燃气汽锅、间接电采暖、地源热泵、氛围源热泵等。市政供暖大局部是会合的燃煤热水汽锅,或许是由都会周边的热电厂提供热量。市政供暖由于遭到供热管道和热源供热才能的限定,比年来遭到都会敏捷扩张的压力,市政供热管网建立及供热才能远不克不及满意实践供热需求。
    同时受情况管理的压力,局部中小型燃煤汽锅正在被改成燃气汽锅,使得运用本钱大幅上升。燃气供暖近几年开展敏捷,但是与市政供暖一样,燃气供暖对都会的根底设备依赖度大,燃气管网、气源等要素开展的不屈衡对燃气供暖制约很大,同时燃气的本钱很高,并且有很大的平安隐患。
    间接用电采暖有许多品种,如:发热电缆、炭晶采暖、电暖器等,其缺陷是运转本钱很高,地源热泵的劣势是势是运转本钱较低,但是其初期投资本钱十分高,并且建立工程量大,而且无法对既有修建停止改革,因而这种供暖方法普通运用较少。氛围源热泵是近来几年衰亡的方法,但受其机组功率和运用结果的影响,现在只能实用于南方乡村等对采暖要求较低的地域。
    接纳谷电相变蓄热供暖方案,应用谷期电价较低的劣势,为用户在运转用度上节流开支。同时该条理对根底设备的依赖度低,在贸易和办公修建中根本无需对电力停止增容,整个条理平安牢靠、主动运转、无需维护。

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谷电相变蓄热供暖的使用
    
   (1)项目概述
    天津水游城贸易中央之前接纳市政热水供暖,思索层高要素依照修建面积13万m²免费,采暖费为40元/m²,整个采暖季总用度521万元。现在该项目施行了电汽锅+热库采暖条理,在夜间谷电(23:00~越日7:00)时段,维持空间防冻保温采暖的同时对热库充热,并在其他时段应用热库供暖,一般极度气候接纳平电增补。
    
    (2)条理设计
    依据天津水游城2012—2014年2个采暖季的每天实践用热量记载数据停止剖析,失掉该贸易体均匀每天白昼、夜间的用热需求量见表3所示。从数据中看出2012—2013年的用热量大于2013—2014年的用热量,这是由于该年度的夏季气温较低招致。盘问了近10年天津外地气温记录表现,2013—2014年的夏季气温处于汗青均匀程度,因而该项目标设计选用了2013—2014年的用热量数据停止参考。依据天津水游城谷电日期为23:00至越日7:00,因而确定谷电日期段内需存储的热量为105863MJ。

表3:实测汗青数据统计
    依据所需贮存热量105863MJ,可以盘算出所需相变蓄热热库的台数为163台(单台储热量为650MJ),思索5%的余量,因而设计数目为170台。由于谷电蓄热日期段内该修建同时需求大批的夜间防冻供热,因而盘算失掉谷电日期段内所需求的实际供热量为132365MJ。盘算失掉所需的电加热功率为4936.6kW,盘算见表4。该盘算中思索了条理管路热损5%,电汽锅的服从为98%。

表4:所需电功率盘算表

    (3)设置装备摆设选型次要设置装备摆设数目及技能参数详见表5所示

表5:次要设置装备摆设参数表
    
    (4)项目施工
    该项目在2014年9月下旬正式出场施工,至2014年11月初调试完成。实践无效的项目施工日期为1个月左右。图3为项目施工终了后的现场实景,(a)为电汽锅及中控房,(b)为热库整列。

图3:谷电蓄热供暖条理现场

    (5)项目运转结果
    在2014年11月14日至2015年3月15日的采暖季中,天津水游城谷电热库条理波动运转122天,条理运转用度190万元,在谷电价钱由方案中的0.4123元/kWh调解为0.4683元/kWh的根底上,较原市政采暖条理节流331万元,节流比例高达64%,单元能耗合14.6元/m²/采暖季,实践日均每平方米采暖用度仅0.12元。
    在2014年11月14日至2015年3月15日的采暖季中,天津水游城谷电热库条理统共运用低谷电费158万元,占全部用度83%,运用平电用度25万元,占全部用度13%,运用峰电用度7万元,占全部用度4%。前期控制条理优化后不必平电增补热量,预期谷电用度占比宏大于90%。采暖季完毕后,从计量电能表读出条理各局部的电量见表6所示。盘算得电汽锅耗电转化为供暖板换供热量的服从高达97.5%。

表6:条理各局部电量统计
    运用热库采暖条理后,天津水游城每天均匀用于供暖的电量为30639kWh,此中谷电27882.4kWh,平电2322.5kWh,峰电434.1kWh,可盘算出峰电日期段的用电功率为54.3kW。依据2013—2014年夏季数据,如接纳电力直供采暖的方法在峰电时段的用电功率约为1418.4kW。因而,运用谷电热库采暖方法后,水游城项目每天可转移1364.1kW峰电时段用电负荷。如有100个相似的供暖项目,运用谷电热库供暖条理方法后,在峰电时期可以转移约136.41MW峰值负荷,可以相应增加等值的电厂装机负荷。

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完毕语
    
    相变储能是一种先辈的储热技能,应用相变技能在谷电日期停止电热蓄热用于修建供暖,关于电网的电力调峰以及用户供暖运转本钱都具有很好的代价。本文将相变蓄热供暖技能与现在罕见的几种供热方法停止了比照,无论从初期投资照旧运转本钱的角度,相变蓄热技能都具有劣势。
    本文详细测试剖析了650MJ相变蓄热热库产物的热功能参数,充热日期不到7h,充热量为641.93MJ,放热量为639.49MJ,充放热服从高达99.6%,电能转化率为95%,24h热损为4.85%。
    应用相变技能的谷电蓄热供暖方案为用户低落运转本钱,为燃煤汽锅替换提供了很好的处理方案,同时还能为电力调峰做出奉献,如有100个相似天津水游城的供暖项目,运用热库供暖条理后,在峰电时期可以浪费136.4MW发电机组功率,大大低落峰时用电负荷。

注:文章著作人系江苏启能新动力资料有限公司张继皇、孙 利、李 文;中国修建迷信研讨院情况与动力研讨院杨强。