氧化鎂儲能系統簡析

孫伯宇 楊凡

摘 要：氧化鎂的導熱性能和材料成本經濟性良好，氧化鎂儲能系統輸出的水溫范圍為30℃～90℃，冬季可用以采暖系統，夏季運行時90℃的高溫水可以進入熱水型溴化鋰機組，供空調冷水，用于制冷系統。經過對其應用進行經濟性估算，該技術較適用熱價較貴而電價較為便宜的條件下，也適合在冬季棄風地區采用，減少棄風，提高收益。

關鍵詞：氧化鎂；儲能經濟分析

1 蓄熱材料介紹

近年來提出了一種新型的固體電蓄熱技術，該技術通過電熱絲將熱量儲存在由蓄熱能力較強的固體材料集成的裝置內，以獲得較高的顯熱蓄熱溫度。固體電蓄熱裝置是蓄熱電鍋爐的一種形式。一般固體蓄熱介質的質量比熱只有水的1/4左右，但其密度往往是水的2倍以上，蓄熱溫度最高能達到800℃甚至更高[1]。因此綜合來看，固體蓄熱介質的蓄熱能力與同體積的水相比理論上要高出5倍左右，在一定程度上降低機房占地面積及設備的初投資。

固態蓄熱材料的容積熱容量一般比較高，可承受的溫度變化幅度也很大。金屬氧化物中，高含量的氧化鋁和高含量的氧化鎂皆有較高的熱容量，但是氧化鎂的導熱性能和材料成本要比氧化鋁好一些，因此是儲熱材料的絕佳選擇[2]。

2 氧化鎂蓄熱系統介紹

一種典型的蓄、放熱循環系統如圖1所示。

該系統包含固體電蓄熱器、保溫層、蓄熱介質、熱風循環、熱交換器、熱水循環等部件。

固體電蓄熱器：設備中的發熱管，通過電阻絲發熱，將電能儲存在固體蓄熱材料氧化鎂中，電能向固體蓄熱材料的能量轉化效率高達95%。

保溫層：包在固體電蓄熱部件上，保溫層需要有效防止熱量流失，采用納米保溫隔熱材料，設備每天的熱損耗低于2%。

蓄熱介質：高密度的氧化鎂陶瓷特殊材料的蓄能塊中間砌有管道，電阻絲從中穿過。氧化鎂吸收電阻絲發熱釋放的熱量，通過提高自身顯熱，儲存能量。高密度的氧化鎂陶瓷特殊材料的蓄能塊，儲熱密度大，可吸收900℃高溫[3]。

熱風循環：通過熱風循環系統風道將空氣送入固體電蓄熱模塊中，蓄熱介質釋放熱量于空氣中，被加熱的空氣進入氣—水換熱器。空氣在設備腔體內部循環，設備內部腔體中設置有空氣存儲腔體。

熱交換器、熱水循環：風機將空氣送入氣—水換熱器和內部的循環數進行熱交換，輸入的冷水被加熱后由循環水泵送入輸水管線，供給熱用戶；輸出的熱水溫度可以根據室內外的傳感器進行輸出水溫調節。

3 系統投資估算

以3000kW規模的氧化鎂蓄熱系統為例，系統投資估算如下：

電加熱單元15.1萬元、固體合金蓄熱體151.5萬元、絕熱保溫層0.12萬元、單級或多級熱交換器組28.8萬元、空氣循環離心風機組4.75萬元、低壓電功率供給柜組3.4萬元、自控柜12.8萬元、傳感系統18.15萬元、鋼制設備組架及設備外殼21.1萬元、風機軸承部冷卻系統2.48萬元、換熱設備連接組件1.8萬元、施工安裝及其他費用40萬元，共計300萬元。

根據估算，氧化鎂蓄熱系統單位造價約1000元/kW。

4 系統經濟性分析

用電電價與供熱價格為影響系統經濟性的關鍵影響因素，本報告分別分析了系統簡單靜態收益率達到5%和8%時，不同的供熱價格對應的用電成本如下。

表1 供熱價格與用電成本對應表

[供熱價格-元/kWh 用電電價-元/kWh 靜態收益率5% 靜態收益率8% 0.10 0.0511 0.0486 0.16 0.1022 0.0983 0.22 0.1534 0.1480 0.28 0.2044 0.1977 0.34 0.2555 0.2474 0.40 0.3065 0.2970 ]

5 結束語

該系統輸出的水溫范圍為30-90℃，冬季運行時可適用于地暖、風機盤管、暖氣片等采暖末端形式，夏季運行時90℃的高溫水可以進入熱水型溴化鋰機組，供空調冷水，用于制冷系統。經過對其應用進行經濟性估算，該技術較適用熱價較貴而電價較為便宜的條件下，也適合在冬季棄風地區采用，減少棄風，提高收益。

參考文獻：

[1] 廖晉.固體電蓄熱裝置的傳熱特性研究[D].哈爾濱工業大學，2014.

[2] 胡慶福，胡曉湘，宋麗英.中國專用氧化鎂開發現狀及其發展建議[J].化工進展，2005（1）：28～31.

[3] 胡松濤，宋仁江，劉光乘，張浩庭.中國專用氧化鎂開發現狀及其發展建議[J].化工進展，2005（1）：28～31.