固体蓄能供热装置在电能替代工作中的应用研究

葛　平，杨　斌

（1.扬州供电公司，江苏扬州　225000；2.江苏省电力公司，南京　210024）



固体蓄能供热装置在电能替代工作中的应用研究

葛平1，杨斌2

（1.扬州供电公司，江苏扬州225000；2.江苏省电力公司，南京210024）

摘要：蓄热电锅炉是一种能够将电能转化为热能储存，用于向热用户采暖或作为其他热能应用的设备，其结构较为简单，热效率却能达到95%左右。通过蓄热调峰可以减轻火电机组采暖负荷，提高风力发电利用率，在很大程度上解决了由于风电场“弃风”限电导致的大规模能源损失问题。介绍固体蓄能供热装置的工作原理，分析其经济性及稳定性。通过与天然气对比，阐述蓄热装置生产的特点。

关键词：蓄热；蓄热调峰；供热装置

能源是经济与社会发展的命脉，然而人类对传统化石燃料的过度依赖严重影响和制约着自然环境的良好维护及其可持续发展。伴随着当今社会与经济逐步向现代化推进，我国的能源生产总量与消费额已跃居世界前列，但诸如能源结构不完善、利用效率普遍不高、开发安全水平较低等一系列问题依然函待解决。故开发和利用“安全、高效、低碳”的可再生能源，从而有效调整能源产业结构是我国未来发展战略的必由之路。

随着国民经济的发展，我国的电力事业有了长足的进步，2014年底装机总容量达到136.019亿kW，发电量55 459亿kWh。1997年以来每年投产的大中型机组容量都在10 GW以上。随着城市化进程的加快，民用负荷逐年增大，这就使得用电曲线的峰谷差加大，给发电机组的安全高效运行带来了困难，迫使电网建设蓄水调峰及燃汽轮机调峰电站。使很多机组在低负荷下运行，降低了运行效率及可靠性，因而也降低了经济性。

固体蓄能供热装置是以电能为热源，利用夜间低谷廉价电力，以发热管为媒介，在电网低谷时段以高比热的金属固体蓄能合金模块为热媒进行加热，并以高达750℃的温度将其储存在蓄热器体内，由电脑控制换热速度，来达到控制散热温度的目的，供用户全天使用，从而达到节省运营费用的目的。固体蓄能供热装置在电网高峰和平时时段自动关闭电源，由储存在固体蓄热模块中的热与水（或油）交换供热，可以提供客户所需的热风（400℃以下）、热油（300℃以下）、蒸汽（200℃以下）及热水（85℃以下）。由于蓄能供热装置仅用夜间低廉谷电，将极大降低客户的运营成本，提供同等热量的成本是直热式电锅炉的40%～50%；是使用天然气的60%～70%；是使用柴油的35%。

1　固体蓄能供热装置工作原理

固体材料蓄热式电锅炉利用特殊配制的固体蓄热材料，将低谷时的电热能储存起来，在用电高峰时放出。特种蓄热材料要求比热大、密度大、耐高温，由于固体蓄热材料耐高温，因此蓄热量可以很大，而不像水压力随温度升高而升高。

固体蓄能供热装置是利用相对低廉的平电、谷电，以镍铬发热管为媒介，将电能转化为热能，并以高达750℃的温度将热能储存于一种特殊的固体蓄能合金内，实现“移峰填谷”。固体蓄能供热装置工作原理见图1。在需要热能的时候，通过电脑控制的离心风机，将蓄能合金中储存的热能以热风的形式输出，为生产线提供400℃以下的热风，或者通过装置内部的导热油换热器，用热风循环加热300℃以下的导热油。

图1　固体蓄能供热装置工作原理

由于电能是不能储存的，所以夜间电厂所发电力大部分被白白浪费掉，这是全球面临的实际而又无法解决的难题。为鼓励企业利用夜间电力，各国均推出“峰平谷”电价政策，即按用电时间划分为上述3个时段，价格也是递减的，价格的比例通常为3：2：1。甚至有些地区还有“尖峰”或称“峰峰”电价，价格通常是谷电的4倍。而企业用电一般是在高峰期或是平段时间，电费很高。图2为固体蓄能供热装置安装图。

图2　固体蓄能供热装置安装

2　固体蓄能供热装置性能分析

2.1经济性分析

某亚洲最大的气球生产企业，原先利用燃煤锅炉循环加热导热油（出油230℃，回油210℃），燃煤锅炉排烟温度高达300℃，实际能够利用的只有20℃的温度段。由于过高的排烟温度造成的排烟热损失、导热油管道过长造成的管路热损失，根据现有的数据，燃煤产生的热量只有30%左右最终被生产线所使用。而固体蓄能供热装置由于没有排烟，并且可以贴近生产线摆放，系统热效率可达90%。

目前燃煤锅炉与天然气锅炉、固体蓄能供热装置运行成本比较如表1所示。

综合检测一段时间下来，功率稳定在550 kW，白天加热平均电价0.95元/kWh。

（1）年耗电量=550kW×10×330h=1815000kWh

（2）年耗电费：1 815 000元×0.95=1 724 250元。

根据实践经验并结合本项目中热风机使用情况：

（1）夜电蓄能热风机年能耗=700 kW×8×330 h= 1 848 000 kWh。

（2）年耗电费用1 848 000元×0.32=591 360（元）综合分析：通过蓄能热风技术改造，预估热风系统的年节省费用为

（1 724 250-591 360）元=1 132 890元。

2.2稳定性分析

考虑到，其一气球是薄利多销的产品，任何原材料、燃料价格的波动都会对企业的销售产生影响，相比较受国际大环境影响较大的天然气价格，电价特别是谷电价格是相对稳定的，趋势是往下走的；其二，冬季圣诞节前国外气球订单数量较大，但冬季天然气热值会下降，这样会对企业正常生产造成很大影响，而冬季电力供应是稳定可靠的；其三，在夏季用电高峰时段，使用谷电可以避免白天用电高峰时段电网限电对生产的影响，也无需支付用电高峰时段的峰期电价。

表1　燃煤锅炉与天然气锅炉、固体蓄能供热装置运行成本比较

3　蓄能供热装置特点

（1）高温蓄热。温度达到目前国内最高水平，高达750℃的固体合金蓄热，突破高温蓄热的温度极限，并仍处于安全状态。单位体积内蓄热量为国内最高，减少占地面积并降低客户成本。

（2）高效率。采用纳米微孔保温材料，保温效果极好，效率达到95%以上，可以保证昼夜损失3.2%以下，减少能量浪费。

（3）运营成本低。完全利用夜间低廉的谷价电能、风电或太阳能所发电力工作。同等热量的运营成本是直热式电锅炉运营成本的40%～50%，天然气的60%～70%，柴油的35%。

（4）全自动控制。处于低谷期加热或接受电网调度中心自动指令控制，可以任意时段、任意温度加热或放热，无须人员看管。

（5）零排放。零排放，零污染，纯电热管加热，不受气候影响。

（6）安全。保护装置齐全，安全可靠。

4　使用天然气与谷电蓄能供热比较

同使用天然气相比，企业使用低谷电力可以获得以下优势。

（1）冬季天然气供应紧张，燃气公司往往重点保障城市居民供气，企业可能因断气而影响生产。且天然气冬季往往热值会降低较多。

（2）天然气气价受国际大环境影响波动较大，而电价相对稳定，需要省发改委及省物价局批准后售电企业才可调整电价。

（3）与天然气锅炉相比，谷电蓄能供热装置更加安全可靠。

（4）蓄能供热装置自动化程度高，无人化操作，节约企业用人成本。

（5）使用谷电蓄能供热装置可以保证企业在夏季白天用电高峰时段热源稳定供应，免受电网限电对生产的影响。

（6）避免夏季用电高峰的“峰峰电价”（夏季用电高峰时段每千瓦时电价上调0.1元）。

（7）根据中央2015年9号文件《中共中央国务院关于进一步深化电力体制改革的若干意见》，电力销售市场将全面放开。企业可以直接购买电厂发的电（付给电网企业一定的过网费），从而将可使用更便宜的电力。随着核电、风电等新能源发电装机容量不断扩大，夜间电力负荷将更加充足、低廉。欧美国家峰谷电价相差10倍以上，国内为3倍左右，后续峰谷电价差会更大。

（8）夜间谷电往往是来自北方草原清洁的风电、西部山区清洁的水电和东部沿海地区夜间富余的核电，通过使用谷电，企业可为消纳国家夜间清洁能源，减少白天电网用电负荷尽到企业自身的一份社会责任。

电力供需平衡关乎电力企业的经营效果和发展速度。从培育电力市场，满足社会用电需求，提高电力企业经济效益，实现可持续发展战略目标等方面考虑，加强需求侧管理是电力企业走向市场的重要契机。制度和管理的完善、发供用电同时完成的规定性，要求电力企业不可不兼顾需求侧的用电技术更新、消费方式的变革。电力企业在资金投入选择上，有必要对计划经济遗留的已成之见进行突破。通过把资金投向用户用电技术改造上，实现供需平衡，使相对过剩的电力生产力发挥出来。

5　结束语

针对我国常规低谷电利用不足及风力发电的弃风浪费现象，本文采用固体电蓄热技术解决以上问题。该技术不仅在一定程度上克服了传统水蓄热的介质蓄热温度较低、保温效果不良以及须使用体积庞大的蓄热水箱等缺陷，而且能在具有峰谷电价的地区节约系统运行费用。企业生产线的热需求需要消耗大量的能源，通常能占到一个企业能源总消耗的50%～70%左右。推广固体蓄能供热技术不仅能减少化石能源燃烧对大气环境的危害，还能为企业带来经济效益，实现多方共赢的局面。

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（本栏责任编辑孙晶）

◆营销与服务◆

App1ication of so1id energy storage heating device in the power substitution work

GE Ping1，YANG Bin2
（1. Yangzhou E1ectric Power Supp1y Company，Yangzhou 225000，China；2. Jiangsu E1ectric Power Company，Nanjing 210024，China）

Abstract：The thermoe1ectric boi1er is a kind of heating app1ication equipment which can converse e1ectrica1 energy into heat energy storage，used to supp1y heat to the users or other heat energy app1ications. Its structure is simp1e，but the therma1 efficiency can reach about 95%. Peak 1oad shifting through heat storage can reduce therma1 power 1oad of therma1 power unit，improve the uti1ization rate of wind power to a 1arge extent，and so1ve a 1arge sca1e energy 1oss caused by the wind farm "waste wind" e1ectricity. The artic1e introduces the working princip1e of so1id energy storage heating unit，ana1yzes its economica1 efficiency and stabi1ity. By comparing with gas，the paper expoundsthecharacteristicsoftheenergystorageheatingunitproduct.

Key Words：heat storage；peak 1oad shifting through heat storage；therma1 supp1y faci1ities

作者简介：葛平（1968），男，江苏扬州人，高级工程师，从事电力需求侧管理工作。

收稿日期：2015-11-24

中图分类号：F407.61；TK018

文献标志码：B