跨季节储热技术实现低成本供暖与制冷(夏储热冬用、冬储冷夏用)

来源:网易 作者:天帅智能 标签: 相变储能        收藏 0   

2022
07/04
12:14
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导读

丹麦政府提出了非常宏伟的能源规划:2050年彻底取代所有化石能源,2035年电力和采暖全部采用可再生能源,其中太阳能采暖将作为比较重要的区域供热的来源。我国太阳能资源丰富,太阳能资源密度是丹麦的2倍,更有利于推广太阳能采暖。这才是太阳能光热的方向,丹麦维度比我国现阶段高,我们可以学习,而且现在的我国的技术有很大的提高,只要各方面重视,肯定可以做得更好。

丹麦是全球最早推动太阳能相变储能蓄热区域供热的国家,也是当今世界上最大的太阳能相变储能蓄热区域供热市场。2016年底,丹麦大型(集热器面积大于500平方米)的太阳能相变储能蓄热区域供热系统集热器安装量占到全球该类系统的80%,约131.8万平方米,总容量922MWth,太阳能相变储能蓄热区域供热厂数量110个(其中绝大多数系统属于热电联产锅炉+太阳能+相变储能蓄热+区域供热系统)。此外,规划的太阳能相变储能蓄热区域供热集热器面积达到269.2万平方米。目前,丹麦大型相变储能蓄热区域供热技术发展较为成熟。
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一、季节蓄热解决矛盾

在可再生能源的利用中,不可回避的是可再生能源的季节波动性和不稳定性。随着风电、光电等可再生能源的推广和普及,两大矛盾日益突出:一是可再生能源供给的不稳定性和需求稳定性之间的矛盾;二是太阳能季节分布和能耗需求季节分布之间不匹配的矛盾。利用太阳能进行供热,太阳能资源冬天少,夏天盈余,能源需求则是相反,采暖需求在冬天比较旺盛。因此这种不匹配的矛盾就要求有一种能源的储存方式,也就是储能进行解决。跨季节蓄热正是解决上述两大矛盾的关键技术。通过大容量蓄热技术,可以实现:

1、热电解耦,增加热电厂灵活性;

2、季节蓄热,将风电、光电、光热、热泵等多种能源有机耦合,实现能源的长期高效存储,达到最优化清洁供热供电的目的。
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在上图中,通过太阳能集热器给季节蓄热水体加热,热电联产的余热也可以储存在季节蓄热水体中,通过热泵可以实现蓄热水体的热量充分回收和利用,实现可再生能源供热的目标,同时提高系统经济性。丹麦科技大学非常重视高性能蓄热技术的研究与示范,早在1983年就建立了世界首例500立方米大型蓄热水体,在学术界引起了轰动。
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二、跨季储能蓄热技术发展趋势

目前,世界前沿的跨季节蓄热技术主要包括钢罐、大容积水池蓄热、土壤源蓄热体、地下水体蓄热、大型相变储能蓄热。

其中,钢罐蓄热并不是严格意义上的跨季节蓄热。因为钢罐蓄热技术有其特殊性,适用的蓄热体积一般不大于7000立方米。如果大幅增加蓄热体体积,也能起到蓄热体的效果,但相关的投资、系统的费用等将大幅增加。一般在北欧国家钢罐体积在7000立方米以内。

不管何种形式的蓄热技术,蓄热体的大型化是发展趋势。随着蓄热体积的增大,单位蓄热体造价降低的同时蓄热性能大幅提高。随着体积的增加,单位蓄热体对应的散热表面积在快速降低,当蓄热体体积从100立方米增加到10万立方米,单位蓄热体对应的散热表面积降低到1/12,同时造价也在大幅下降,达到1/25。因此,蓄热体体积越大越好。
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三、丹麦跨季储能蓄热成功案例

这里列出了3个具有代表性的案例,分别是:1、土壤源蓄热体、2、水池蓄热体、3、相变储能蓄热体。

四、跨季储能蓄热的优势

太阳能:供给免费热能。
热泵:谷电供给热能;快速电网调解能力,充分利用电价优惠政策;降低蓄热水体体积需求。
热电联产机组:三联供、四联供属于国家重点支持方向;具备快速电网调峰能力,收获可观的国家调峰补贴;实现热电解耦。
季节蓄热体:增加系统灵活性;耦合优化使用不同的可再生能源形式。


五、太阳能相变储能蓄热区域供热厂获得成功的技术因素

1、先进高效的大型太阳能集热器场

集热器效率高;
集热器使用可靠、免维护;
集热器使用寿命达30年;
优化的集热器场管道排布;
优选的集热器倾角、朝向、流体;
较低的循环管路热损。
2、万吨级跨季节蓄热体

热损极低,优化后的蓄热体热回收率大于90%,实现夏季蓄热、冬季取热的目标;
单位蓄热体造价低;
运行可靠、系统维护成本低。
3、可综合利用太阳能、风能、生物质能等各种可再生能源。
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六、跨季储能蓄热技术对我国清洁采暖发展的启示

目前我国正在大力实施和发展清洁采暖,但煤改电、煤改气大规模推广有一定弊端;热电厂以热定电,夏季产能闲置,造成资源浪费;热电解耦特性限制了电厂调峰能力,不利于推广可再生能源发电。通过季节储能蓄热技术,可以实现:热电解耦,增加电厂灵活性;电厂余热夏存冬取,避免热能浪费,提高电厂经济性;风电、光热、热泵、余热等多能互补,提高可再生能源利用率。
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丹麦政府提出了非常宏伟的能源规划:2050年彻底取代所有化石能源,2035年电力和采暖全部采用可再生能源,其中太阳能采暖将作为比较重要的区域供热的来源。我国太阳能资源丰富,太阳能资源密度是丹麦的2倍,更有利于推广太阳能采暖。这才是太阳能光热的方向,丹麦维度比我国现阶段高,我们可以学习,而且现在的我国的技术有很大的提高,只要各方面重视,肯定可以做得更好。

 
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