基于棄風或低谷電加熱的固體電蓄熱蒸汽裝置研究

李迪 王闖

【摘 ?要】棄風或低谷電加熱的固體電蓄熱蒸汽裝置，是利用棄風或低谷電加熱并儲存能量，通過換熱器將熱量傳遞到水中，生成蒸汽以滿足供暖及夏季制冷的要求。與同類系統相比，本裝置利用棄風或低谷電加熱，可以全部消納棄風電，實現了大規模和超大規模城市區域 24 小時連續供熱能力，替代目前廣泛使用的燃煤、燃氣、燃油鍋爐。該裝置的使用過程中沒有任何廢氣、廢水、廢渣產生，實現了二氧化碳零排放，是供熱領域環保升級換代產品。分析其經濟性及環保效益，結果表明，項目的經濟效益可觀，環保效益非常顯著。

【關鍵詞】棄風;低谷電;固體電蓄熱;蒸汽

0引言

近年來我國新能源得到了持續快速發展，同時，部分地區的棄風日益嚴重，尤其是我國“三北”地區，由于燃煤熱電比例高，調峰電源建設條件差，冬季供暖期調峰困難，棄風問題嚴重，電力系統的新能源消納能力成為制約我國可再生能源發展的關鍵因素。因此，提高電能占終端能源消費比重、提高電占煤炭消費比重成為了我國能源發展的重中之重。

蒸汽在我國工業產業和生活中占據著重要的地位，利用蒸汽進行加熱、加濕，利用蒸汽與溴化鋰機組進行酒店、商場等場所的夏季制冷，或在醫院等利用蒸汽進行清洗、殺菌等作用。

1技術原理

固體電蓄熱蒸汽裝置利用棄風或低谷電加熱并儲存能量，通過換熱器將熱量傳遞到水中，生成蒸汽以滿足供暖及制冷等要求。

10kV高壓電源經由高壓電纜進入10kV高壓配電室進線計量柜、10kV饋出柜、10kV接觸器柜。固體電熱蓄能裝置由蓄熱體、電加熱絲組、保溫層組成蓄熱單元、蓄熱體由蓄熱磚砌筑而成，在磚孔中鋪設電加熱絲組，蓄熱體周圍包裹著保溫層，兩者之間縫隙為高溫風道、低溫風道。所述蒸汽換熱機組由換熱機組、水泵機組、蒸汽再熱輔助系統、控制系統組成供熱單元。

蒸汽再熱系統包括熱風管束、蒸汽發生器、壓力傳感器、安全閥、混風機、引風機。當蓄熱體放熱到一定程度時，蒸汽換熱器不足以將循環水升溫至可溢出高溫高壓蒸汽，此時啟動蒸汽再熱輔助系統，高溫循環風經由熱風管束直接對蒸汽發生器中的循環水進行加熱。

2設備優勢

基于棄風或低谷電的固體電蓄熱蒸汽裝置是固體電蓄熱裝置應用的延伸，與同類型蒸汽發生器相比，它具有以下優勢：①環境優勢。由于采用電加熱儲能，在系統工作的整個過程中不對環境產生污染，實現了真正意義上的“電能代替”，是解決北方霧霾天氣的有效途徑之一。②改造成本低。供熱系統的末端管網，即用戶側供熱管網與燃煤鍋爐相同，不需要額外進行改造，可最大限度地降低建設成本。③占地面積小，建設靈活。與燃煤供熱需要大面積的儲煤場相比，固體電蓄熱設備占地面積小，而且可根據負荷的分布實現容量與位置的靈活布置。④電網友好型。采用棄風棄光電或低谷電加熱并進行儲熱，有效地轉移了盈余的峰谷電力，對于提高地區可再生能源消納能力，降低棄風棄光率具有顯著作用。⑤負荷穩定可調。一般工業蒸汽用戶對蒸汽參數的穩定性及可控性要求較高，其他儲熱技術難以實現。固體電蓄熱供熱系統采用風作為傳熱蓄熱介質，可以根據用戶側負荷需求靈活控制風量，從而實現輸出負荷穩定可調的目的，這是其他蒸汽技術無法比擬的[1]。

3應用前景

3.1供暖和工業供熱

首先，在北方采暖季，燃煤供暖是造成霧霾的主要因素之一，如何解決霧霾是近年各界關注的問題;其次，工業企業是能源消費大戶，能源消費量約占全國能源消費總量的70%，但由于工業用戶對蒸汽參數穩定性和可調性的要求，使其他儲能技術在工業上很難應用。基于棄風棄光電或低谷電的固體電蓄熱系統代替燃煤鍋爐進行供暖供熱，是緩解北方地區冬季空氣污染，實現電能替代和削峰填谷，促進棄風棄光電和低谷電消納的有效手段。產生的高溫蒸汽可以用于工業上制煙、制藥等多個產業[2]。

3.2夏季制冷

在炎熱的夏季，大型的酒店、賓館、商場等場所都需要空調制冷，利用蒸汽與溴化鋰機組相結合，在溴化鋰吸收式制冷中，水作為制冷劑，溴化鋰作為吸收劑。溴化鋰吸收式制冷機主要由發生器、冷凝器、蒸發器、吸收器、換熱器、循環泵等幾部分組成。在溴化鋰吸收式制冷機運行過程中，當溴化鋰水溶液在發生器內受到熱媒水的加熱后，溶液中的水不斷汽化;隨著水的不斷汽化，發生器內的溴化鋰水溶液濃度不斷升高，進入吸收器;水蒸氣進入冷凝器，被冷凝器內的冷卻水降溫后凝結，成為高壓低溫的液態水;當冷凝器內的水通過節流閥進入蒸發器時，急速膨脹而汽化，并在汽化過程中大量吸收蒸發器內冷媒水的熱量，從而達到降溫制冷的目的;在此過程中，低溫水蒸氣進入吸收器，被吸收器內的溴化鋰水溶液吸收，溶液濃度逐步降低，再由循環泵送回發生器，完成整個循環。如此循環不息，連續制取冷量。由于溴化鋰稀溶液在吸收器內已被冷卻，溫度較低，為了節省加熱稀溶液的熱量，提高整個裝置的熱效率，在系統中增加了一個換熱器，讓發生器流出的高溫濃溶液與吸收器流出的低溫稀溶液進行熱交換，提高稀溶液進入發生器的溫度。

以溴化鋰水溶液為工質，有以下有點：無臭、無毒、無害，有利于滿足環保要求;制冷范圍調節廣;對外界條件變化的適應性強;制冷劑在真空狀態下運行，無高壓爆炸危險，安全可靠。

4結論

本文提出的棄風棄光或低谷電加熱的固體電蓄熱蒸汽裝置，替代傳統燃煤機組來產生蒸汽以供居民生活供暖及工業生產用。無需消耗新的能源，不產生煙塵、SO2 和 NOx 等污染物，從而改善了環境空氣質量，不產生溫室氣體 CO2，從而降低溫室效應，具有可觀的環境效益。

參考文獻：

[1] 許杰.北京郊區“煤改電”的現狀以及建議推動的工作方向[J].暖通空調，2015（E12）：20-22.

[2] 孫勇，嚴干貴，鄭太一，封科等.電力市場背景下蓄熱式電采暖消納棄風的經濟性分析[J].儲能科學與技術，2016，5（04）：532-538.

（作者單位：沈陽蘭昊新能源科技有限公司）