報告 | 光熱及儲熱技術在綜合能源領域的應用
            發布者:lzx | 0評論 | 4220查看 | 2020-08-19 19:38:04    

            CSPPLAZA光熱發電網報道:近日,在由CSPPLAZA主辦、中控太陽能、龍騰光熱和首航高科等鼎力支持的2020中國國際光熱大會暨CSPPLAZA第七屆年會上,思安新能源股份有限公司研發總工程師段洋發表了題為《光熱及儲熱技術在綜合能源領域的應用》的主旨演講,詳細介紹了熔鹽、固體、相變等多種儲熱技術與相關產品,并分享了相關應用案例與具體效果。


            下文整理了段洋分享的精彩內容與觀點,以饗讀者:


            能源是人類賴以生存和發展的基礎,也是國民經濟的命脈。我們國家經過幾十年的發展,已告別能源短缺時代,形成相對完整的能源體系。同時,能源利用形式單一、效率較低、能源利用與環境保護不協調等問題也依然存在。下一步,我國能源體系將進入從總量擴張向提質增效轉變的全新階段。


            打破原有各能源供用(如供電、供氣、供冷/熱)系統單獨規劃、單獨設計、單獨運行的傳統模式,在規劃、設計、建設和運行階段,對不同供用能系統進行整體上的協調、配合和優化,并最終構建一體化的綜合能源系統,是促進社會用能效率最優、可再生能源規模化利用和能源利用提質增效的有效途徑。


            綜合能源應運而生


            從概念上來講,綜合能源服務以客戶需求為導向,以安全可靠為前提,以“因地制宜、智慧物聯、多能協同、全價開發”為原則,利用“能源轉化、能源存儲、物聯網、邊緣計算、大數據、人工智能”等多種行業先進技術及產品,通過搭建智慧能源管理平臺,并依托成熟、完善、先進的托管運營標準化服務體系,可整合優化既有人、能、物資源,為用戶電、氣、熱、冷、水等能源系統提供線上線下一體化的智慧能源托管運營服務。


            隨著國家能源環保要求的提高,以及綠色發展要求的提出,目前在能源系統里,對包括光熱在內的可再生能源以及儲能的需求也會越來越多。


            太陽能具有綠色環保,資源豐富的特點,在綜合能源系統中采用光熱技術一方面既可以滿足環保的要求,同時也能大大降低能源系統運行成本。但由于太陽能具有間歇性和不穩定性的特點,往往需要與儲熱系統進行結合供能。


            與太陽能熱發電集熱器選型標準不同,中小型綜合能源項目一般聚光的要求不高,例如工商業,其用能需求多為供熱或蒸汽。供熱溫度區間多為50-80℃,蒸汽的溫度區間多為100℃-200℃。在此區間,低聚光比的集熱器即可滿足要求。例如,槽式集熱器,或者菲涅爾集熱器,CPC和平板集熱器等,且系統控制和運行要求盡量簡單,易于維護。


            光熱儲熱技術及產品


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            近年來,儲熱市場發展較快。儲熱技術大體可分為顯熱儲熱、潛熱儲熱和化學反應儲熱三大類。


            顯熱儲熱又包括熔鹽儲熱,該技術在太陽能熱發電領域已有較多應用。得益于北方煤改電市場的發展,固體儲熱在近兩年得到大規模應用。除此之外,還有一些油類、液類的顯熱儲熱方案。


            相變儲熱主要分為:


            1.固-液相變儲熱,其中結晶水合鹽成本低廉,單位儲熱密度大,尤其是在煤改電市場應用較多。除此之外,還有共晶體、石蠟、金屬材料都可以用來做儲熱材料。


            2.固-固相變儲熱,該技術目前商業化應用較少。


            3.固-氣相變儲熱


            4.液-氣相變儲熱


            5.液-氣相變儲熱,該技術難度較大,主要在高校、或科研院校研究較多,上海交通大學等高校及部分企業都在該領域有所研究。


            水儲熱是最傳統的儲熱技術之一,既可用于儲熱,又可用于儲冷。水比熱容大,常溫下高達4.182kJ/(kg?K),是一種優良的儲熱介質。常見的水儲熱技術有非承壓水儲熱和承壓水儲熱兩種。非承壓水蓄熱溫度一般在30-85℃,儲冷溫度一般在0℃-30℃;承壓水蓄熱的溫度一般在30℃~200℃。水儲熱設備簡單,使用壽命較長,投資較低。水作為儲熱介質,廉價易得。因此,在場地充足的條件下,水儲熱成為了不二之選。


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            熔鹽儲熱是一種利用顯熱或潛熱進行熱量存儲的技術。在太陽能熱發電領域應用廣泛,熔鹽既可以作為儲熱介質,也可以作為傳熱介質,實現大功率、高效的儲放熱。常見的有雙罐儲熱和單罐儲熱兩種。工業系統或者民用供暖供熱領域對熱品質要求不高,因此該領域,單罐儲熱的利用率更高。


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            固體儲熱是一種顯熱儲熱技術,利用材料在升溫或降溫過程中的溫差而實現熱能存儲。在整個工作溫度范圍內,儲熱材料始終保持固定形態。目前商業化應用主要有鎂磚蓄熱和混凝土蓄熱。鎂磚是一種耐火材料,儲熱密度較高。


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            固體混凝土儲熱是采用特種混凝土作為儲熱介質的一種顯熱儲熱技術,也是我們目前在重點推廣的一種技術,作為一種澆注材料,混凝土儲熱材料可以制作成各種特定的形狀,其原料來源廣泛,可以就地取材,成本較低。


            固體混凝土儲熱有幾個特點:


            蓄熱溫度高使用溫度可達400℃以上,甚至可以達到800℃;


            體積熱容大單位體積儲熱密度為水的6-20倍;


            導熱性能好為普通混凝土的兩倍以上;


            生產便捷可現場成型;


            使用壽命長超50年生命周期,無衰減和劣化;


            綠色環保大部分選用天然礦物原料,無毒無腐蝕;


            固體混凝土儲熱可根據用戶用能需求,將不同類型的能源轉化為熱能進行存儲,或將熱能直接進行存儲,在需要時放出,產生蒸汽或熱水供用戶使用。相比鎂磚蓄熱,在綜合能源領域適用范圍更廣。


            產品特點:


            模塊化設計,可根據用戶儲熱量需求,在現場將儲熱體進行組合搭配,成本也比較低;


            高效能,儲熱效率高達96%;


            被動式運行簡單,啟動快,無泄露風險;


            適用性強,可運用到多種不同的能源系統:光熱,電供熱以及工業余熱回收等;


            相變儲熱在煤改電領域,主要在中低溫領域應用比較多,相變儲熱是利用材料在發生相變的過程中吸收或釋放熱能而進行能量存儲的過程。相變儲熱溫度穩定。相變儲熱材料種類較多,相變點溫度分布范圍廣:-50℃—1000℃。根據選用材料類型的不同,即可用于儲熱,又可用于儲冷。下表是目前應用的幾種典型相變儲熱類型。


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            相變儲熱(熱倉或者熱庫)采用夜間谷電將常壓電鍋爐產生的熱量儲存在熱倉中,在峰電或平電時段,利用熱倉的熱量為用戶采暖,或提供熱水,可節省運行費用。


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            產品特點:


            四“高”一“低”:儲熱密度高、換熱效率高、空間利用率高、循環穩定性高、用能價格低。


            下圖為對不同供暖方式做的經濟性對比:



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            綜合能源應用案例


            1、工業園區綜合能源供熱水項目


            該工業園區主要從事汽車裝備制造,其涂裝車間職工浴室每天需用熱水500-900t。為降低供熱成本,項目通過太陽能+空氣源熱泵+蒸汽+蓄熱的技術路線,充分利用太陽能、空氣能,并將其富余時段的熱能進行存儲;同時利用當地的峰谷電價差異,在夜間電價較低時,采用電加熱產生熱量,將熱能存儲在熱倉內;當白天電價較高,將熱量放出,為用戶提供生活熱水。從而為用戶降低供熱成本。通過配合能源管理云平臺,可以實時了解項目運行狀態。


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            2、國內首例“光熱+固體儲熱”綠色農業應用示范項目


            項目位于北京昌平國家級食用菌農業標準化示范區內,通過建設在園區內的光熱+儲熱系統,利用清潔能源提供高溫蒸汽,為農作物進行滅菌;同時,在冬季為居民進行供暖。為了盡量降低運營成本,該項目使用了太陽能,由于太陽能具有間隙性和不穩定性的特點,我們需要通過儲熱系統保證熱能的持續穩定輸出。


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            整個項目特別大,下圖為現場照片和參數:


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            3、陜西某多能互補微電網項目


            項目以清潔能源作為能量供應系統,采用太陽能光熱、儲熱、空氣能、光伏、電+儲電供電等多能源互補的方式,向廠區所屬宿舍樓供能,配套新能源大巴車和新能源汽車充電樁系統,搭載智慧能源管理平臺,是園區型多能互補微網系統解決方案的典型應用實例。項目建成后將為區域能源綜合利用提供基礎應用數據,是國內自動化水平領先的多能互補綜合應用智慧能源系統。


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            4、海口喜來登酒店項目


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            針對海口喜來登酒店供冷、蒸汽、電力及生活熱水等能源供給現狀,結合當地資源條件及客戶能源系統智慧化需求,提供了一套完整的智慧能源整體解決方案,系統中配置有儲熱、冰蓄冷、中央空調及智慧能源管理平臺等。由于海口地區對于蓄冷項目有針對的電價政策。目前該項目收益率良好,下圖為現場圖片。


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            關于思安控股集團:


            思安控股集團是一家致力于工商業企業(B2B)服務的專業產業集團。集團基于工業物聯網平臺,以產品銷售為基礎、應用為支撐、技術研發為內在驅動力,打造了從融合通訊、工業控制產品增值服務到智慧能源綜合服務、儲熱技術研發生產和應用、工業余熱余能綜合利用以及工業互聯網遠程管控運維平臺研發應用的綜合產業集群。


            三十年來,思安控股集團始終堅持“凝聚智慧追求卓越”的企業理念,將工業物聯網和自主研發的專業技術、產品進行有效結合,為工商業企業提供各種增值服務,是中國領先的智能化解決方案提供商及清潔低碳能源開發、建設、運營商。

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