儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)
——集中供熱的有效補(bǔ)充方式

徐嘉一，李占新

（陜西省節(jié)能中心，西安 710003）

儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)的工作原理是，利用夜間低谷電將電能以熱能的形式儲(chǔ)存在儲(chǔ)能設(shè)備中，在白天或電力峰期提取釋放出來(lái)。儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)的應(yīng)用既可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的削峰填谷，利用棄風(fēng)棄光電量，提高電網(wǎng)整體能源利用率，又可調(diào)整城市能源結(jié)構(gòu)，改善環(huán)境[1]。

1 我國(guó)儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)和產(chǎn)品現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)產(chǎn)品主要有儲(chǔ)能式電暖器、儲(chǔ)能式電鍋爐。

1.1 儲(chǔ)能式電暖器

利用電力公司提供的夜間低谷電價(jià)，將耐高溫的電發(fā)熱元件通電發(fā)熱，加熱特制的蓄熱磚，最高可達(dá)750℃左右，再用耐高溫、低導(dǎo)熱的保溫材料保存儲(chǔ)存的熱量，按照需要調(diào)節(jié)釋放速度，慢慢地將儲(chǔ)存的熱量釋放出來(lái)。典型的運(yùn)行方式為：夜間儲(chǔ)熱6～8 h， 24 h 供暖。

1.2 儲(chǔ)能式電鍋爐

儲(chǔ)能式電鍋爐又被稱為自儲(chǔ)能電鍋爐和蓄熱式電鍋爐，可廣泛用于民用和工業(yè)：可作為熱源，滿足面積50 m2以上的各類建筑物供暖、供熱水需求；可配套供熱站、熱電站使用，或根據(jù)需要設(shè)立低谷電儲(chǔ)熱供熱站，定制分布式熱源系統(tǒng)；可以作為風(fēng)力、光伏等間歇式能源發(fā)電機(jī)組的儲(chǔ)能設(shè)備和輔助設(shè)備，將電能轉(zhuǎn)換成熱能存儲(chǔ)到高溫固體儲(chǔ)熱裝置或熱水池里，為用戶供熱；可以和水蓄冷機(jī)組、冰蓄冷機(jī)組、中央空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合，完成整棟建筑供暖與制冷系統(tǒng)的配套，形成新型樓宇冷熱源系統(tǒng)。

1.2.1 水蓄熱電采暖設(shè)備

水蓄熱電采暖設(shè)備以水為儲(chǔ)熱介質(zhì)，使熱能以熱水形式儲(chǔ)存在水箱中，儲(chǔ)能容量由儲(chǔ)水箱的容積決定。其分為常壓和帶壓兩種。由于水的儲(chǔ)能密度較小，大容量?jī)?chǔ)能需要較大體積的水箱，造成系統(tǒng)占地面較大，其更適合應(yīng)用于地價(jià)便宜的中小城鎮(zhèn)集中供暖系統(tǒng)中。這種方式原理簡(jiǎn)單、清潔、投資費(fèi)用低，系統(tǒng)穩(wěn)定，但系統(tǒng)熱效率較低，一般在80%～85%。水的溫度發(fā)生連續(xù)變化，若不采用自控技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的溫度控制。

1.2.2 固體蓄熱電采暖設(shè)備

固體蓄熱電采暖設(shè)備以固體蓄熱材料（如氧化鎂鐵磚）為儲(chǔ)熱介質(zhì)，利用夜間低谷電，通過(guò)加熱電發(fā)熱元件將固體蓄熱材料加熱，使熱能以顯熱的形式儲(chǔ)存在固體蓄熱材料中，再通過(guò)熱風(fēng)或高溫水將熱量傳遞出來(lái)，將熱量在非低谷電時(shí)段或者全天24 h 按需要釋放。其儲(chǔ)熱溫度高，最高可加熱到750℃，占地面積小，蓄熱量大，輸出功率穩(wěn)定和溫度恒定，蓄熱率可以超過(guò)85%，但部分電加熱原件壽命較短。

1.2.3 相變材料蓄熱電采暖設(shè)備

相變材料蓄熱電采暖設(shè)備以固液相變材料（如水合無(wú)機(jī)鹽、無(wú)機(jī)鹽及其共融混合物）為儲(chǔ)熱介質(zhì)，利用“固、液”變化吸收或釋放的相變熱進(jìn)行蓄熱。谷電時(shí)段，電鍋爐工作加熱循環(huán)水，通過(guò)循環(huán)泵把熱水中的熱量帶入儲(chǔ)熱設(shè)備，為其充熱。如果夜間末端需要供熱，直接運(yùn)行二次側(cè)，所需熱量由電鍋爐直接提供。非谷電時(shí)段，循環(huán)泵工作，帶出儲(chǔ)熱設(shè)備中的熱量，通過(guò)板換把熱量換到二次側(cè)，為末端供暖。這種方式蓄熱密度高，儲(chǔ)熱量大，裝置體積小，蓄熱率可達(dá)95%，但初投資較高，需考慮腐蝕、老化等問(wèn)題，其更適合應(yīng)用于辦公大樓、商業(yè)大廈及賓館酒店的供暖系統(tǒng)。

儲(chǔ)能式電采暖供暖系統(tǒng)包括供熱端和用熱端，通過(guò)板換實(shí)現(xiàn)兩端換熱。供熱端（一次側(cè)）主要包括電鍋爐、儲(chǔ)能設(shè)備、循環(huán)泵（一次泵）等，用熱端（二次側(cè)）主要包括二次泵、用熱末端（暖氣片、地暖），或與熱泵、風(fēng)機(jī)盤管結(jié)合使用。

幾種儲(chǔ)能式電鍋爐供暖系統(tǒng)性能比較如表1所示，由此可以得出以下結(jié)論：相變儲(chǔ)熱技術(shù)的供熱溫度、儲(chǔ)熱容量、儲(chǔ)熱密度都較高，但初投資和運(yùn)行成本較高；固體儲(chǔ)熱和水儲(chǔ)熱技術(shù)成熟簡(jiǎn)單，相比相變儲(chǔ)熱，初投資較低，可以根據(jù)具體地址條件、資源情況進(jìn)行合理選擇。

表1 儲(chǔ)能式電鍋爐供暖系統(tǒng)性能比較

2 應(yīng)用實(shí)例與分析

本文列舉幾個(gè)儲(chǔ)能式電鍋爐作為集中供熱補(bǔ)充方式的典型案例。

2.1 水蓄熱電采暖案例

新疆某鎮(zhèn)政府，項(xiàng)目總面積12 000 m2，包括政府、派出所、幼兒園、醫(yī)院，原采用燃煤鍋爐采暖。該項(xiàng)目采用5 臺(tái)200 kW 電鍋爐配243 m3蓄熱水箱（9m×9 m×3 m），系統(tǒng)整體由PLC 控制，不需要人工值守。設(shè)計(jì)采暖室溫16～18℃，主供暖時(shí)間10:00-20:00，輔助供暖時(shí)間20:00 至次日10:00，建筑物內(nèi)低負(fù)荷保溫供暖。23:00 至次日9:00 低谷電時(shí)段，鍋爐邊用蓄熱水箱蓄熱，邊向建筑進(jìn)行低負(fù)荷供暖，其他時(shí)段鍋爐不需電加熱，由蓄熱水箱向建筑供暖。投資成本為120 元/m2，采暖期180 d，2017年冬季運(yùn)行至今，運(yùn)行費(fèi)用13～16 元/m2。其中，集中式電供暖電價(jià)為：平段在0.18 元/（kW·h），谷段（23:00至次日9:00，14:00-16:00）在0.09 元/（kW·h）。

2.2 固體蓄熱電采暖案例

吉林省長(zhǎng)春市某公司，建筑面積8 000 m2，采用兩臺(tái)200 kW 全自動(dòng)常壓固體蓄熱電鍋爐供暖（每臺(tái)蓄熱鍋爐可蓄熱720 MJ/h），設(shè)計(jì)采暖室溫18±2℃，蓄熱固體模塊溫度在700℃左右，最低回水溫度30℃。主供暖時(shí)間8:00-18:00（供暖指標(biāo) 40 W/（m2·h）），輔助供暖時(shí)間18:00 至次日8:00（供暖指標(biāo)8 W/（m2·h）），建筑物內(nèi)低負(fù)荷保溫供暖。21:00 至次日7:00 低谷電時(shí)段，鍋爐邊用蓄熱模塊蓄熱，邊向建筑進(jìn)行低負(fù)荷供暖，其他時(shí)段鍋爐不需電加熱，由蓄熱裝置向建筑供暖。投資成本為150 元/m2，采暖天數(shù)168 d，采暖期運(yùn)行費(fèi)用為17～20 元/m2（10 kV 及以上谷電（21:00至次日7:00），電價(jià)為0.28元/（kW·h）， 長(zhǎng)春非居民供暖為31 元/m2）。

2.3 相變材料蓄熱電采暖案例

天津某商場(chǎng)寫字樓項(xiàng)目，由于燃?xì)夤┡療o(wú)法通過(guò)環(huán)評(píng)、市政初始投資大等原因，綜合評(píng)價(jià)后采用相變儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)。寫字樓建筑面積約6.4 萬(wàn)m2，供暖面積8.75 萬(wàn)m2，供暖時(shí)間121 d（11月15日至次年3月15日），投資成本105 元/m2，使用熱庫(kù)105 臺(tái)（儲(chǔ)能量650 MJ/臺(tái)），3 000 kW 電鍋爐3 臺(tái)，谷電時(shí)段（23:00 至次日7:00）維持空間防凍保溫供暖的同時(shí)對(duì)熱庫(kù)充熱，供暖時(shí)間8:00-17.00，其余時(shí)間防凍運(yùn)行，個(gè)別幾段天氣采用平電補(bǔ)充。項(xiàng)目從2015年11月運(yùn)行至今，運(yùn)行成本11～16 元/m2，市政供暖與相變儲(chǔ)能供暖系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比如圖1所示（天津非民用供暖40 元/m2，谷電電價(jià)0.468 3 元/（kW·h）。每年，相變儲(chǔ)能供暖運(yùn)行費(fèi)用比市政供暖運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省60%～70%。

圖1 天津某商場(chǎng)寫字樓項(xiàng)目市政供暖與相變儲(chǔ)能 供暖系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比

通過(guò)以上案例可以看到，儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)在供暖用煤鍋爐替代、市政管網(wǎng)無(wú)法到達(dá)、燃?xì)獍惭b受限、城中村供暖改造等情況下，作為熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱和大型鍋爐房集中供熱的有效補(bǔ)充方式，適用于辦公樓、商場(chǎng)、寫字樓、綜合體、居民住宅、醫(yī)院、學(xué)校和工廠等場(chǎng)所。

3 結(jié)語(yǔ)

儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)是一種分布式供暖技術(shù)，可以對(duì)一個(gè)單體建筑、一個(gè)工廠或一個(gè)小區(qū)進(jìn)行獨(dú)立實(shí)施，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施依賴小，無(wú)需市政和天然氣管網(wǎng)。儲(chǔ)能式電采暖是沒(méi)有任何污染的清潔采暖方式，但從用能的角度講，用電采暖是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)殡娛嵌文茉矗呀?jīng)經(jīng)過(guò)一次轉(zhuǎn)換，再將電能轉(zhuǎn)換為熱能，再次發(fā)生轉(zhuǎn)換損失，用能效率下降。因此，在使用儲(chǔ)能式電采暖技術(shù)作為熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱方式和大型鍋爐房集中供熱方式的有效補(bǔ)充方式時(shí)，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保、當(dāng)?shù)仉妰r(jià)政策、補(bǔ)貼政策等因素，根據(jù)具體地址條件、資源情況進(jìn)行合理選擇[2-3]。